JP2002534351A - 炭化物系およびオキシ炭化物系の組成物およびナノロッド - Google Patents
炭化物系およびオキシ炭化物系の組成物およびナノロッドInfo
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Abstract
Description
オキシ炭化物化合物を含んでいる炭素ナノチューブ、これらの組成物を含んでい
る硬質多孔性構造物、および以上のものを製造および使用する方法に関する。さ
らに具体的に述べると、本発明は、炭化物およびオキシ炭化物を持っている炭素
ナノチューブから成る硬質の三次元構造物、および表面積と多孔度が大きく、嵩
密度が低く、ミクロポアが実質的に無く、そして圧潰強さが大きい炭化物および
/またはオキシ炭化物系ナノロッドに関する。本発明は、また、炭化物系ナノロ
ッド、オキシ炭化物系ナノロッド、炭化物およびオキシ炭化物化合物を含んで成
る炭素ナノチューブの各組成物、並びにこれらの組成物を含んでいる硬質多孔性
構造物を、石油化学プロセスおよび精製プロセスにおいてしばしば遭遇する多く
のタイプの不均一系接触反応に有用な触媒および触媒担体として使用することに
関する。
おいて広く利用されている。このような反応は、一般に、液相中の反応体(類)
および生成物(類)、並びに固相中の触媒により行われる。不均一系接触反応に
おいて、その反応は相間の界面、即ち反応体(類)および生成物(類)の液相と
担持触媒の固相との間の界面で起こる。従って、不均一系担持触媒の表面の性質
は、その触媒を有効利用する際の重要な因子である。具体的には、担持されてい
る活性触媒の表面積と、反応体の化学吸着および生成物の脱着に対するその表面
積の接近容易性(accessibility)が重要である。これらの因子は、触媒の活性
、即ち反応体の生成物への転化速度に影響を及ぼす。触媒の選択性、即ちその触
媒が幾つかの生成物の内から一つの生成物を生成させる程度、および触媒の寿命
には、触媒および触媒担体の化学的純度が重要な影響を及ぼす。
い。しかし、その表面積は、熱流に対しては勿論、反応体と生成物に対しても接
近可能でなければならない。触媒表面による反応体の化学吸着に先だって、触媒
の内部構造を通ってのその反応体の拡散が起こる。
反応体(類)、生成物(類)および熱流に対する接近容易性が重要である。担体
構造物の多孔度および細孔の大きさがその接近容易性の尺度である。触媒担体と
して使用される活性炭および木炭は、1グラム当たり約1000平方メートルの
表面積および1グラム当たり1ミリリットル未満の多孔度を有する。しかし、こ
の表面積と多孔度の50%もの多くは、そしてしばしばそれ以上の多くはミクロ
ポア、即ち細孔直径が2ナノメートル以下の細孔に関連するものである。これら
の細孔には拡散の制限があるために接近不能である。それら細孔は簡単に塞がれ
、その結果活性が無くなる。かくして、細孔は、主としてメソポア(>2ナノメ
ートル)の範囲またはマクロポア(>50ナノメートル)の範囲にある高多孔度
材料が最も望ましい。
る。触媒の破片が反応流の中に連行されていくことがあり、そうなるとそれら破
片を反応混合物から分離しなければならなくなるからである。磨耗した触媒を取
り換えるコスト、触媒を反応混合物から分離するコスト、および生成物を汚染す
る危険は、全て、そのプロセスにかかる負担である。他のプロセス、例えば固体
担持触媒をプロセス流から濾過し、反応ゾーンに再循環させるプロセスにおいて
は、微粒物がそのフィルターを詰まらせ、そのプロセスを中断させることがある
。触媒が、極く少量で、反応体(類)および生成物(類)の化学的汚染に対する
その寄与を最小限に抑えることも重要である。触媒担体の場合、このことは、担
体はそれが担持する触媒および化学プロセスの両者に対する潜在的な汚染源であ
るから、触媒の場合以上にさらに重要である。さらに、ある種の触媒は、望まな
い競争反応を促進する、即ちその選択性に影響を及ぼすか、または触媒を効果の
ないものにする、即ち触媒の「毒」となるかのいずれかになる可能性のある汚染
に対して特に敏感である。木炭、および石油残油から製造される市販のグラファ
イトまたは炭素は、通常、痕跡量の硫黄または窒素、さらにまた生物学的系に共
通する金属を含み、この理由からも望ましくないだろう。
深い材料であると認められてきた。炭素ナノチューブはいろいろな形で存在し、
そしてそれらは各種炭素含有ガスの金属表面における接触分解により製造されて
きた。フィブリルのようなナノ繊維、バッキーチューブ(bucky tubes)および
ナノチューブは、強化材として商業的に入手できる連続炭素繊維から見分けがつ
く。大きいアスペクを有することが望ましいが、そのアスペクト比が不可避的に
有限となるナノ繊維とははっきり違って、連続の炭素繊維は少なくとも104、
しばしば106以上のアスペクト比(L/D)を有する。連続繊維の直径もナノ
繊維よりはるかに大きく、常に>1.0μで、典型的には5〜7μである。
少なくとも7個の炭素原子を有する直鎖炭化水素を、部分的に酸化されて1種ま
たは2種以上のオキシ炭化物を形成している炭化モリブデンより活性表面が成っ
ているモリブデン化合物を含む触媒を用いて異性化する方法を開示している。レ
ドークス等は、炭化モリブデン上にオキシ炭化物相を得る幾つかの方法を開示し
ている。しかし、彼らの方法は、木炭を含むモリブデン金属のガス状化合物を、
900〜1400℃の温度において反応させることにより炭化モリブデンを形成
することを必要とする。これらはエネルギー集約的な方法である。その上、得ら
れる炭化モリブデンには、木炭を用いて製造された他の触媒と同様の多数の欠陥
がある。例えば、この触媒の表面積および多孔度の多くはミクロポアに関連する
ものであって、これら触媒はそれ自身簡単に塞がれ、その結果活性が無くなる。
が、高い表面積、多孔度、細孔サイズ分布、耐磨耗性、および多種多様の選択さ
れた石油化学プロセスおよび精製プロセスを実行するための純度と言う必要な品
質を全て備えているものは一つもなかった。例えば、上記のように、これらの材
料は高表面積を有するけれども、その表面積の多くは、接近不能なミクロポア(
即ち、直径<2nm)の形態をしたものである。
に含まず、高度に活性かつ選択性であり、そして何時間にもわたる運転後も有意
な失活を示さない一系統の触媒および触媒担体を提供することが望ましいと思わ
れる。
い点を利用するために、ナノ繊維マット、同集合物および同凝集物が従来から製
造されてきた。これらの構造物は、一般的には、複数の絡み合った、または捩れ
たナノチューブから構成される。
に多数のオキシ炭化物ナノロッドを含んでいる組成物を提供することである。
物ナノロッドを含んでいるもう一つの組成物を提供することである。
いる、炭化物、そして場合によってはオキシ炭化物も含んでいる非常に多数の炭
素ナノロッドを含んでいる他の組成物を提供することである。
化物部分も含んでいる炭素ナノチューブを含んでいる他の組成物を提供すること
である。
オキシ炭化物を含みまたは含まない非常に多数の炭化物ナノロッドを含む組成物
を含んで成る硬質の多孔性構造物を提供することである。
んでいる炭化物ナノロッド、または炭化物部分、そして場合によってはオキシ炭
化物部分も含んでいる炭素ナノチューブを含む三次元の硬質多孔性構造物を含ん
で成る組成物を提供することである。
方法を提供することである。
常に多数の炭化物ナノロッド、オキシ炭化物ナノロッド、および/または炭化物
およびオキシ炭化物を含んで成る炭素ナノチューブを含んでいる組成物に基づく
工業的価値のある他の組成物を提供することである。
発明の三次元、硬質の炭化物および/またはオキシ炭化物・多孔性構造物に基づ
く工業的価値のある他の組成物を提供することである。
プロセスで使用するための不均一系接触反応用の、改善された触媒系、改善され
た触媒担体および担持触媒を提供することである。
された方法を提供することである。
経済性および信頼性を改善することである。
び耐摩耗性を持つ、改善された、実質的に純粋な硬質炭化物触媒担体を提供する
ことである。
たはそれらより明らかであろう。
ノロッドを含む組成物を提供する。本発明により提供されるもう一つの組成物は
、オキシ炭化物も含んでいる炭化物系ナノロッドを含むものである。本発明によ
り提供される他の組成物は、炭化物とオキシ炭化物の両炭化物を有している炭素
ナノチューブに関する。一つの組成物では、その炭化物は炭素ナノチューブの原
凝集物の構造を保持している。しかし、炭素ナノチューブ凝集物の形態が保持さ
れていない炭化物系ナノロッドを含んでいる組成物も提供される。本発明は、ま
た、炭素ナノチューブの一部分しか炭化物系ナノロッドおよび/または炭化物に
転化されていない炭素ナノチューブ上に担持された炭化物の組成物も提供する。
ド、および/または炭化物およびオキシ炭化物を有する炭素ナノチューブを含ん
でいる硬質の多孔性構造物も提供する。炭素源として使用される炭素ナノチュー
ブの形態に依存して、この硬質多孔性構造物は均一な細孔分布を有することもで
きるし、或いは不均一な細孔分布を有することもできる。オキシ炭化物ナノロッ
ド、および/または炭化物系ナノロッド、および/またはオキシ炭化物および/
または炭化物を有する炭素ナノチューブの押出物も提供される。本発明の押出物
は一緒に接着されて硬質の多孔性構造物を形成している。
体のいずれかとして液相接触化学反応で使用できるようにする。
ノロッド、および炭化物とオキシ炭化物とを有する炭素ナノチューブを製造する
方法を提供する。硬質多孔性構造物の製造方法も提供される。炭化物ナノロッド
の硬質多孔性構造物は、炭素ナノチューブの硬質多孔性構造物をQ−系化合物で
処理することにより形成することができる。温度範囲に依存して、炭素ナノチュ
ーブの炭化物系ナノロッドへの転化は完全であることもあるし、部分的であるこ
ともある。炭化物ナノロッドおよび/または炭素ナノチューブの硬質多孔性構造
物は、これらを酸化剤でさらに処理してオキシ炭化物ナノロッドおよび/または
オキシ炭化物を形成することができる。本発明の硬質多孔性構造物は、また、固
まっていない炭化物系ナノロッド、および/またはオキシ炭化物系ナノロッド、
またはそれらナノロッドの凝集物から、初めに媒体中懸濁物を形成し、その懸濁
物を媒体から分離し、そしてその懸濁物を熱分解して硬質多孔性構造物を形成す
ることにより製造することもできる。本発明は、また、選択された液相接触反応
のための担持触媒を製造する方法も提供する。
べている次の説明の結果として確認されるであろう。その説明は本発明の範囲を
いかなる意味でも限定するものではなく、本発明の好ましい諸態様の実施例を提
供するに過ぎない。本発明の範囲は前記特許請求の範囲で指摘されたとおりであ
る。
用いられる。各用語は、1ミクロン未満の直径を有する細長い中空構造物のこと
を言う。用語「ナノチューブ」は、「ナノ繊維」または1ミクロン未満の断面を
有する細長い固体(例えば縁部を有する角のある繊維)構造物のことを言う「フ
ィブリル」を包含する。用語「ナノチューブ」は、「バッキーチューブ」、およ
びグラフェン面(graphene planes)が矢筈模様で配向されているグラファイト
ナノ繊維も包含する。
いる本質的に平面の層中で3個の他の炭素原子に各々結合されている炭素の形態
である。それらの層は直径が数環に過ぎない小板体であるか、またはそれら層は
、多くの環は長いが、幅が数環に過ぎないリボンであることもできる。
ことを言う。
ム以上は離れていない層より成る。
nm以下かつ少なくとも0.1nmである棒状構造物のことを言う。この構造物
はアスペクト比が10〜500であり、また長さが50μ以下である。ナノロッ
ドの直径は、そのナノロッドの全長に沿って実質的に均一である。ナノロッドは
中実であって、一つまたは二つ以上の開放端を有する中空でも、二つの封止端を
有する中空でもない。
。一般に、Qは、遷移金属(周期律表、第4、5および6周期の第3b、4b、
5b、6b、7bおよび8族)、希土類元素(ランタニド類)およびアクチニド
元素より成る群から選ばれる。さらに好ましくは、QはB、Ti、Nb、Zr、
Hf、Si、Al、Mo、VおよびWより成る群から選ばれる。この用語は、Q
CまたはQ2C単独としての、または、例えば合成工程が実質的に完了した後に
残るQまたはCと組み合わされた状態のQCまたはQ2Cとしてのx−線回折(
XRD)が特徴である結晶性構造物も包含する。炭化物は、それをx−線回折法
(XRD)により検出し、特徴付けることができる。本発明の範囲に入ると考え
られるこれら炭化物が金属酸化物の与炭によるか、または元素状炭素の酸化によ
り製造されるとき、「非化学量論的」炭化物がある一定量で発生することがある
が、真の炭化物の回折図は依然として存在するであろう。金属が与炭される合成
により形成されるかも知れないような金属に富む非化学量論的炭化物は、単に、
金属マトリックスが収容し得る炭素原子の内の数個を失っているだけである。炭
素に富む非化学量論的炭化物は、化学量論的炭化物のドメインが原炭素構造物中
に埋入されて成るものである。炭化物の微結晶が十分に大きくなってしまえば、
それらはXRDで検出可能である。
クラレンドン・プレス社(Clarendon Press)、1975年刊行、第4版、A.
F.ウェルズ(A. F. Wells)著「構造無機化学(Structural Inorganic Chemis
try)」、およびブラッキー・アカデミック・アンド・プロフェッショナル・パ
ブリケーション社(Blackie Academic & Professional Publication)のS.T
.オヤマ(S. T. Oyama)編「遷移金属炭化物および窒化物の化学(The Chemist
ry of Transition Metal Carbides and Nitrides)」でさらに具体的に定義され
ている。これら両刊行物をここに参照して含めることにより、それらがここに完
全に述べられたものとする。
さい直径および5〜500のアスペクト比を支配的に有するQ系ナノロッドのこ
とを言う。ここで、Qは炭化物を形成する能力がある元素であって、B、Ti、
Ta、Nb、Zr、Hf、Si、Al、Mo、VおよびWより成る群から選ばれ
る。炭化物ナノロッドがそのナノチューブの炭素を炭化物に転化することにより
製造されているときは、その転化は実質的に完了している。
以下である実質的に均一な直径を有するM系ナノロッドのことを言い、この場合
MはTi、Ta、Nb、Zr、Hf、Mo、V、W、B、SiおよびAlのよう
な、オキシ炭化物を形成する能力がある任意の金属である。このナノロッドは5
〜500のアスペクト比を有する。
キシ炭化物は、式: MnCx-yOy
び6周期の第3b、4b、5b、6b、7bおよび8族)、希土類元素(ランタ
ニド類)およびアクチニド元素、さらに好ましくはTi、Ta、Hf、Nb、Z
r、Mo、V、W、Si、AlおよびBより成る群から選ばれ;nおよびxはQ
の炭化物(ここで、QはMと同じである)の既知の化学量論関係を満足するよう
に選ばれ;yはxより小さく;そして比[y/(x−y)]は少なくとも0.0
2で、かつ0.9未満、さらに好ましくは0.05〜0.50である。用語「オ
キシ炭化物」は、限定されるものではないが、炭素源としての炭素ナノチューブ
と関連してか、または炭化物源としての炭化物ナノロッドと関連して存在する炭
化物の酸化処理で形成される生成物も包含する。オキシ炭化物は、また、金属酸
化物の与炭により形成される生成物を包含することもできる。オキシ炭化物は、
また、無処理炭化物および酸化物、化学収着酸素並びに物理収着酸素の混合物か
ら成る。MはMo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、B、SiおよびA
lより成る群から選ばれる。さらに具体的には、オキシ炭化物は、酸素を、総量
として、温度プログラム化脱着法(temperature programmed desorption:TP
D)により測定して、炭化物源の炭化物含有量基準で、少なくとも一層の吸着酸
素・単分子層の少なくとも25%を与えるのに十分な量で含んでいる。オキシ炭
化物は、また、ここに参照して含めることによりそれらが完全に述べられたもの
とされる、ブラッキー・アカデミック・アンド・プロフェッショナル・パブリケ
ーション社のS.T.オヤマ編「遷移金属炭化物および窒化物の化学」で定義さ
れるものと同じ名称の化合物のことをも言う。オキシ炭化物の例として、Mが好
ましくは二つの原子価状態にある金属である多結晶性化合物が挙げられる。Mは
もう一つの金属原子に結合されていてもよいし、酸素原子だけに結合されていて
もよいし、或いは炭素原子だけに結合されていてもよい。しかし、Mは酸素と炭
素の両原子に同時には結合されない。
言う。さらに具体的には、用語「集合物(assemblage)」は、少なくとも一つの
寸法軸に沿って比較的にまたは実質的に均一な物理的性質を有し、そして望まし
くは集合物内の一つまたは二つ以上の平面内でも比較的にまたは実質的に均一な
物理的性質を有する構造物のことを言う。即ち、それらは上記平面内で等方性の
物理的性質を持っている。この集合物は均一に分散している個々の相互連結ナノ
チューブであってもよいし、或いは一塊りの連結したナノチューブ凝集物であっ
てもよい。他の態様においては、集合物全体が一つまたは二つ以上の物理的性質
に関して比較的にまたは実質的に等方性となっている。容易に測定でき、そして
均一性または等方性が測定される物理的性質として、固有抵抗と光学濃度が挙げ
られる。
ことを言っている。炭素ナノチューブを含んで成る触媒または触媒担体は、この
ような従来の細孔を欠いている。これらの材料では、むしろ、個々のナノチュー
ブ間の空間が細孔として挙動し、そしてナノチューブ凝集物の対応する細孔の大
きさは、細孔の大きさとその分布を測定する常用の方法(porosimetry:ポロシ
メトリー)により測定することができる。凝集物の密度と構造を変えることによ
り、対応する細孔の大きさとその分布を変えることができる。
言う。
言う。
な様式で分布され、ナノチューブ間の隙間(spacings)が実質的に不均一になっ
ているときに生ずる細孔構造のことを言う。
の構造物を形成するときに生ずる細孔構造のことを言う。これらの場合、その粒
子中における個々のナノチューブの分布は実質的に均一であり、それらナノチュ
ーブ間の隙間は実質的に規則的になっている。(従来の担体における細孔と類似
する)これらの隙間はその構造物の密度に従って変わる。
が一緒に結合されるときに生ずる細孔構造のことを言う。得られる構造物は、ナ
ノチューブ凝集物の束の中にマクロポアを有するナノチューブ凝集物のマクロ構
造と、凝集粒子の個々の束各々の内部に細孔構造を有する絡み合ったナノチュー
ブのミクロ構造から成る二層構造を有する。
の直径または断面を有する細孔)が表面積にはよらないと考えられることを意味
する。
測定方向とは無関係に、全て一定値となっていることを言う。このような非固体
組成物の測定値は、気孔(void)空間の平均値が考慮されるように、構造物の代
表試料について取られなければならないことが分かる。
均、ナノチューブ同士の接近度合い、繊維間の隙間および空間により作り出され
る気孔空間または細孔、並びに気孔空間および/または細孔の連結により形成さ
れる流路または通路の大きさ、形状、数および向きを含めて集合物の内部構造の
ことを言う。もう一つの態様によれば、この構造は、また、集合物を形成してい
る凝集粒子の大きさ、隙間および向きに関係する諸特性も包含する。用語「相対
的向き」は、個々のナノチューブまたは凝集物の、他のナノチューブまたは凝集
物に対する向き(即ち、非整列状態に対する整列状態の度合い)のことを言う。
ナノチューブまたは凝集物の向きの「多様性」および「総平均」は、上記構造内
部のナノチューブの向き(構造物の外表面に対する整列度合いと向き)の範囲の
ことを言う。
積、固有抵抗、流体流動特性、密度、多孔度等々を意味する。
の構造物のある一つの平面内若しくは容積内で測定したとき、物理的性質の値の
95パーセントが平均値のプラスまたはマイナス20パーセント以内に収まるこ
とを意味する。
の構造物のある一つの平面内若しくは容積内で測定したとき、物理的性質の値の
95パーセントが平均値のプラスまたはマイナス10パーセント以内に収まるこ
とを意味する。
における変動の範囲に相当する。
めて、直径が非常に小さい多種多様な炭素チューブまたは繊維のことを言う。こ
のような構造物は、それらの大きさと形状の故に、ある構造物に組み込まれたと
き有意の表面積を与える。その上、このようなナノチューブは高い純度と均一性
とで製造することができる。
約0.5ミクロン未満、さらに好ましくは0.1ミクロン未満、最も好ましくは
0.05ミクロン未満の直径を有する。
きる。
およびホイスカーは、強化材料として商業的に入手できる連続の炭素繊維とは識
別できる。大きいアスペクを有することが望ましいが、そのアスペクト比が不可
避的に有限となるナノ繊維とははっきり違って、連続の炭素繊維は少なくとも1
04、しばしば106以上のアスペクト比(L/D)を有する。連続繊維の直径も
フィブリルよりはるかに大きく、常に>1.0μmで、典型的には5〜7μmで
ある。
PAN)およびピッチの熱分解により製造される。かくして、それらはその構造
内にヘテロ原子を含んでいることがある。「製造されたままの」連続炭素繊維の
グラファイト性はいろいろであるが、それら炭素繊維は後続のグラファイト化工
程に付すことができる。存在するとしてであるが、グラファイト化、配向および
グラファイト面の結晶化度についての程度の差、ヘテロ原子の潜在的存在は、そ
して基材の直径における絶対的相違でさえも、連続繊維に関する経験をナノ繊維
化学の哀れな予言者にする。
それ以上に好ましくは0.2μ未満、最も好ましくは0.05μ未満である蠕動
炭素堆積物(vermicular carbon deposits)である。それらはいろいろな形で存
在し、金属表面での各種炭素含有ガスの接触分解により製造されている。このよ
うな蠕動炭素堆積物は、ほとんど電子顕微鏡の出現以来観察されるようになった
ものである。優良な初期の総説と文献は、ウォーカー(Walker)およびスローワ
ー(Thrower)編、ベーカー(Baker)およびハリス(Harris)著・炭素の化学と 物理 (Chemistry and Physics of Carbon)、第14巻、1978年、第83頁
、およびロドリゲス,N.(Rodriguez, N.)のJ. Mater. Research、第8巻、
第3233頁に見いだされる。これら各々はそれらをここに参照することにより
本明細書に含まれる。(ここに参照することにより本明細書に含まれる、オベリ
ン[Obelin]およびエンドウ[Endo]のJ. of Crystal Growth、第32巻(19
76年)、第335〜349頁も参照されたい)。
る米国特許第4,663,230号明細書は、連続熱分解炭素のオーバーコート
(continuous thermal carbon overcoat)を含まず、そしてフィブリル軸に対し
て実質的に平行な多重配向グラファイト外層を有する炭素ナノチューブまたはフ
ィブリルについて説明している。それらは、それ自身、グラファイトの湾曲した
層の接線に対して垂直で、円筒軸に対して実質的に垂直である複数のc−軸を有
すると特徴付けることができる。それらは、一般に、0.1μ以下の直径および
少なくとも5の長さ対直径比を有する。それらは、連続熱分解炭素のオーバーコ
ート、即ちそれらの製造に使用されるガス供給材料の熱分解に由来する熱分解堆
積炭素を実質的に含まないことが望ましい。テンネントの発明は、より小さい直
径、典型的には35〜700Å(0.0035〜0.070μ)のフィブリルに
、および配向した「成長したままの」グラファイト表面が得られるようにするも
のであった。完全な構造が少ないだけでなく、熱分解炭素の外層も無いフィブリ
ル状炭素も成長していた。
許第5,171,560号明細書は、フィブリル軸に対して実質的に平行なグラ
ファイト層を、グラファイト層がそのフィブリル軸上に少なくとも二つのフィブ
リル直径の距離にわたって突き出て延在するように有する、熱分解オーバーコー
トは含まない炭素ナノチューブについて説明している。典型的には、このような
フィブリルは、直径が実質的に一定である、実質的に円筒状のグラファイトナノ
チューブであって、それらの円筒軸に対してc−軸が実質的に垂直になっている
円筒状グラファイトシートを含んで成る。それらは熱分解堆積炭素を実質的に含
まず、0.1μ未満の直径および5より大きい長さ対直径比を有する。これらの
フィブリルが本発明において第一に興味あるものである。
離にわたって突き出て延在するとき、そのグラファイトナノチューブの炭素平面
は、断面で見ると、矢筈模様外観を呈する。これらは魚骨フィブリル(fishbone
fibrils)と称されるものである。ここに参照することにより本明細書に含まれ
るジェウス(Geus)の米国特許第4,855,091号明細書は、熱分解オーバ
ーコートを実質的に含まない魚骨フィブリルの製造法を提供している。これらの
炭素ナノチューブも本発明の実施において有用である。
ナノ繊維が用いられる。ここに参照することにより本明細書に含まれる、198
9年5月15日に出願された、マッカーシー(McCarthy)等の米国特許出願第3
51,967号明細書は、炭素ナノチューブを、硫酸(H2SO4)および塩素酸カ
リウム(KClO3)が挙げられる酸化剤と、そのフィブリルの表面を酸化するのに
十分な反応条件(例えば、時間、温度および圧力)下において接触させることを
含む、炭素ナノチューブまたはフィブリルの表面を酸化する方法を説明している
。このマッカーシー等の方法により酸化されたナノチューブは酸化が不均一であ
る、即ちその炭素原子はカルボニル基、アルデヒド基、ケトン基、フェノール基
および他のカルボニル基の混合物で置換されている。
願PCT/US94/10168号明細書は、官能基の混合物を含んでいる酸化
フィブリルの形成を開示している。フーゲンバード,M.S.(Hoogenvaad, M.
S.)(「新規な炭素担体に担持された金属触媒(Metal Catalysts supported o
n a Novel Carbon Support)」、不均一系触媒の製造についての科学的基礎に関
する第六回国際会議[Sixth International Conference on Scientific Basis f
or the Preparation of Heterogeneous Catalysts]で発表、ベルギー[Belgium
]、ブルッセル[Brussels]、1994年9月)も、ナノチューブ担持貴金属の
製造において、そのナノチューブ表面をまず硝酸で酸化するのが有益であること
を見いだしていた。酸によるこのような前処理は炭素担持貴金属触媒の製造にお
ける標準的な工程であって、この場合、通常のそのような炭素源が与えられたと
すると、この処理は、その炭素を官能化するほど多く、望ましくない材料の表面
をきれいにするのに役立つ。
0)のPolymer Preprint ACS Div.)は、刊行された研究論文において、表面がい
ろいろな酸化基を含んでいることを証明するために、酸化されたナノチューブま
たはフィブリルの誘導体を製造した。この著者等が製造した化合物、即ちフェニ
ルヒドラゾン類、ハロ芳香族エステル類、第一タリウム塩等々は、例えば明るい
色に着色されているとか、或いはある種の他の強い、容易に確認および識別され
る信号を出すと言った分析上の利用性のために選ばれた。これらの化合物は単離
されなかったので、実際上の意義はない。
化することができる。
、ホッフ(Hoch)およびモイ(Moy)等により1995年12月8日に出願され
た、「官能化フィブリル(Functionalized Fibrils)」と題される米国特許出願
第08/352,400号明細書に記載されるようにしてさらに官能化すること
ができる。
つ炭素ナノチューブが、高温炭素アーク中で成長されていた(ここに参照するこ
とにより本明細書に含まれる、イイジマ[Iijima]のNature、354、56、1991)
。ナノ繊維のこれらアーク成長フィブリルがテンネントの初期の接触反応成長フ
ィブリルと同じ形態を持っていることは、今日では一般に認められている(ここ
に参照することにより本明細書に含められる、ウィーバー[Weaver]のScience
、265、1994)。アーク成長炭素ナノ繊維も本発明で有用である。
凝集物、またはそれら両形態の形をしていることができる。
鳥の巣形態、コーマ糸形態またはオープンネット(open net)形態のものとなっ
ている。高多孔度が望まれる場合、凝集物が絡み合っていればいるほど、適切な
組成物を達成するのにますます多くの加工処理が必要である。これは、コーマ糸
凝集物またはオープンネット凝集物を選ぶ方が大部分の用途に最も好ましいこと
を意味する。しかし、鳥の巣凝集物も一般に十分である。
。1997年5月15日に出願された米国特許出願第08/856,657号明
細書に従って製造された接触反応成長ナノチューブは、実質的に全てが700ミ
クロンの篩を通過する凝集物となっている。その凝集物の約50重量%は300
ミクロンの篩を通過する。製造されたままの凝集物の大きさは、勿論、いろいろ
な手段で小さくすることができるが、そのような離解は凝集物が小さくなるにつ
れてだんだん困難になる。
たナノチューブの絡み合ったボールを形成している多様な形態(走査電子顕微鏡
で測定)を持つ凝集物として;または実質的に同じ相対的配向を有し、そしてコ
ーマ糸(「CY」)の外観を有する真っ直ぐ乃至は僅かに曲がったまたは捩れた
炭素ナノチューブの束より成る凝集物、例えば(個々の曲がりまたは捩れにもか
かわらず)各ナノチューブの軸線がそのナノチューブを取り囲んでいる束中のナ
ノチューブの軸線と同じ方向に延在しているそのような凝集物として;或いは互
いにゆるく絡み合って「オープンネット」(「ON」)構造を形成している真っ
直ぐ乃至は僅かに曲がったまたは捩れたナノチューブより成る凝集物として製造
することもできる。オープンネット構造では、ナノチューブの絡み合いの程度は
コーマ糸凝集物(この凝集物においては、個々のナノチューブは実質的に同じ相
対的配向を有する)で観察されるよりも大きいが、鳥の巣凝集物の絡み合い程度
よりは小さい。CYおよびON凝集物はBNよりもさらに容易に分散され、それ
ら凝集物をして、構造全体に均一な性質が望まれる複合物を製造するに際して有
用なものにする。
ブをあらゆる方向に成長させて、鳥の巣凝集物を形成させるに至る。コーマ糸お
よびオープンネット凝集物は、一つまたは二つ以上の容易に割れる平らな表面を
有する担体、例えば一つまたは二つ以上の容易に割れる表面および1グラム当た
り少なくとも1平方メートルの表面積を有する担体材料に堆積された鉄または鉄
含有金属触媒粒子を用いて製造される。ここに参照することにより含められる、
1995年6月6日に出願された、「炭素フィブリルを製造するための改善され
た方法および触媒」と題される、モイ等の米国特許出願第08/469,430
号明細書は、(走査電子顕微鏡で測定して)いろいろな形態を持つ凝集物として
製造されたナノチューブを説明している。
テンネントに対する米国特許第5,165,909号明細書;モイ等に対する米
国特許第5,456,897号明細書;シンダー(Synder)等の1988年1月
28日に出願された米国特許出願第149,573号明細書および1989年1
月28日に出願されたPCT出願第US89/00322号明細書(「炭素フィ
ブリル」)、即ちWO89/07163明細書、モイ等の1989年9月28日
に出願された米国特許出願第413,837号明細書および1990年9月27
日に出願されたPCT出願第US90/05498号明細書(「フィブリル凝集
物およびその製造法」)、即ちWO91/05089明細書、1995年6月7
日に出願されたマンデビル(Mandeville)等に対する米国特許出願第08/47
9,864号明細書、ベニング等による1984年10月27日に出願された米
国特許出願第08/329,774号および1994年8月2日に出願された米
国特許出願第08/284,917号明細書、およびモイ等により1994年1
0月11日に出願された米国特許出願第07/320,564号明細書の開示に
見いだすことができる。上記全特許出願は、ここに、本発明と同じ譲受人に譲渡
され、そしてそれらはここで参照することによって本明細書に含まれるものであ
る。
分散させ、次いでそれらナノ繊維を濾過してマットまたは集合物を形成すること
によって製造された。これらマットは、また、流体、例えばプロパンのような溶
媒中でナノチューブのゲルまたはペーストを形成し、次いでそのゲルまたはペー
ストをその媒体の臨界温度よりも高い温度まで加熱し、その超臨界流体を除去し
、最後に得られた多孔性のマットまたはプラグ(plug)をこの方法が実施されて
いる容器から取り出すことによっても製造された。ここで参照することにより本
明細書に含まれる、テンネント等による、「ランダム配向炭素フィブリルの三次
元の巨視的集合物および同集合物を含む複合材料」と題される米国特許出願第0
8/428,496号明細書を参照されたい。
の押出物を含んで成る。接着剤または結合剤で処理された炭素ナノチューブの凝
集物が常用の押出法で押し出されて押出物とされ、この押出物が熱分解または炭
素化されて双峰細孔構造を有する硬質の炭素構造物を形成する。炭素ナノチュー
ブの束は、それらが、双峰細孔構造を与えるために、(例えば超音波処理により
)噴射されているか、または部分的に解きほごされていることを除けば、実質的
にもとのままである。束間の空間は接触点から約1ミクロンの範囲で変化する。
束内では、炭素ナノチューブ間の空間は10nmから30nmの範囲で変化する
。得られる硬質、双峰性の多孔性構造物は、ミクロポアを実質的に含まず、直径
1/8インチの押出物について約250〜400m2/gの範囲の表面積および
約20psiの圧潰強さを有する。炭素ナノチューブの押出物は約0.5〜約0
.7g/cm3の範囲の密度を有し、そしてこの密度は押出ペーストの密度によ
り制御することができる。この押出物は約0.7cm3/gからの液体吸収容積
を有する。
着剤または結合剤が用いられる。有用な接着剤または結合剤として、セルロース
、炭水化物、ポリエチレン、ポリスチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリエス
テル、ポリアミド類、ポリ(ジメチルシロキサン)、フェノール樹脂等が限定す
ることなく挙げられる。
多孔性炭素構造物の一体性に影響を及ぼすことなく、さらに処理することができ
る。続いて、硬質多孔性構造物には、一般に粒度の小さい粒子を堆積させる好ま
しい方法であるイオン交換法により触媒粒子を含浸させることができる。別法と
して、硬質多孔性炭素構造物に、初期湿潤法(incipient wetness)または物理
的若しくは化学的吸着法により触媒を含浸させることもできる。
いが、100nmよりは小さい直径を有する棒状構造物のことを言う。この構造
物は、5〜500のアスペクト比および2nm〜50μ、好ましくは100nm
〜20μの長さを有する。開示されているナノロッドは実質的に中実であって、
一つまたは二つ以上の開放端を有する中空でも、二つの封止端を有する中空でも
ない。
ができる。例えば、D.モイおよびC.M.ニウ(C. M. Niu)は、ここに参照
して含めることにより、それらがここに完全に述べられたものとする米国特許出
願第08/414,369号明細書に開示されるように、炭化物ナノロッドまた
は同ナノフィブリルを製造している。上記著者等は、Q−系ガスを炭素ナノフィ
ブリルまたはナノチューブと1700℃より実質的に低い温度、好ましくは約1
000〜約1400℃の範囲の温度、さらに好ましくは約1200℃において反
応させて、その場で固体のQ−系炭化物ナノフィブリルまたはナノロッドを形成
した。Q−系ガス類は炭化物を形成し得る揮発性の化合物であった。Qは、一般
に、遷移金属(周期律表第4、5および6周期の第3b、4b、5b、6b、7
bおよび8族)、希土類元素(ランタニド類)およびアクチニド元素より成る群
から選ばれる。Qは、好ましくは、B、Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、Si、
Al、Mo、VおよびWより成る群から選ばれる。
れは、出発物質と生成物の寸法と結晶配向がたとえ違っても、出発ナノチューブ
の円筒状幾何形状が最終ナノロッド中に保持され、そしてそれらのナノロッドは
ばらばらのままであって、互いに融着していない状態が支配的となっているから
である。得られたナノロッドの直径は出発炭素ナノフィブリルまたはナノチュー
ブの直径のほぼ2倍であった(1〜100nm)。
.M.リーバー(C. M. Lieber)によるPCT/US96/09675号明細書
に記載される方法に従って、炭素ナノチューブを揮発性の金属または非金属酸化
物種と、炭素ナノチューブが鋳型として作用してナノチューブに対する反応を空
間的に制限すると考えられる500〜2500℃の温度において反応させること
により製造された。炭素ナノチューブが鋳型としての役を果たす方法で形成され
た炭化物ナノロッドも、本発明において有用である。
容易さの故に、そのようなQ化合物が通常好ましい。揮発性のQ前駆体は、反応
温度で少なくとも20トルの蒸気圧を有する化合物である。この揮発性Q化合物
との反応は不揮発性中間体経由で起こることもあるし、起こらないこともある。
金属酸化物と反応させ、続いてガス状CH4/H2混合物の流れを250〜700℃
の温度で通す還元与炭法がある。Q−系金属酸化物の外に、Q−系炭化物ナノロ
ッドの製造に有用なQ−系化合物として、例えばMo(CO)6、Mo(V)塩化物またはW(
VI)O塩化物のようなカルボニル化合物および塩化物が挙げられる。
Q−系化合物の蒸気が、約700〜約1000℃の温度において、石英管中の炭
素ナノチューブ押出物の床を覆って流される。Q−系化合物の濃度を制御するこ
とにより、炭化物の結晶化がナノチューブの空間に制限される。
中の炭素が炭化物ナノロッドに転化する程度は、Q−系化合物の濃度、反応が起
こる温度、および揮発性Q−系化合物に対する炭素ナノチューブの曝露期間を調
節することによって制御することができる。炭化物ナノチューブからの炭素の転
化程度は40〜100%、好ましくは約95%である。得られる炭化物ナノロッ
ドは含有炭化物の純度が卓越したレベルにあり、極めて大きい表面積を有し、そ
して改善された機械的強さを持っている。この炭化物ナノロッドの表面積は1〜
400m2/g、好ましくは10〜300m2/gである。
れる。例えば、炭化モリブデン、炭化タングステン、炭化バナジウム、炭化タン
タルおよび炭化ニオブに基づく炭化物ナノロッドを含んでいる組成物は、水素化
反応、水素化脱硫反応、水素化脱窒素反応、水素化脱金属化反応、水素化脱酸素
化反応、水素化脱芳香族化反応、脱水素化反応、水素化分解反応、異性化反応、
アルキル化反応、脱アルキル化反応およびアルキル交換反応より成る群から選ば
れる液相接触化学反応において触媒として有用である。
ジウムのような従来の触媒用の、さらにまた炭化モリブデン、炭化タングステン
、炭化バナジウム等のような他のQ−系炭化物用の触媒担体として特に有用であ
る。
化物ナノロッドをこの技術分野で公知の酸化処理に付するのである。例えば、酸
化処理は、レドークス等に対する米国特許第5,576,466号明細書;M.
レドークス等の欧州特許出願第0396 475 A1号明細書、1989年;
C.ファム−フウ(C. Pham-Huu)等のInd. Eng. Chem. Res.、341、1107−1113
、1995;E.イグレシア(E. Iglesia)等のJournal of Catalysis、131、523−
544、1991に開示されている。これら刊行物は、これらをここに参照して含める
ことによりここに完全に述べられたものとする。前記の酸化処理はオキシ炭化物
ナノロッドの形成に、そしてまた炭化物源の転化が不完全である、オキシ炭化物
部分を含んでいるナノチューブおよび/またはナノロッドの形成にも適用可能で
ある。
きに存在するオキシ炭化物化合物として、酸素を、総量として、温度プログラム
化脱着法(TPD)により測定して、炭化物源の炭化物含有量基準で、少なくと
も一層の吸着酸素・単分子層の少なくとも25%を与えるのに十分な量で有する
オキシ炭化物が挙げられる。例えば、炭化物ナノロッドを酸化性ガスの流れに3
0〜500℃の温度で付すことにより、オキシ炭化物ナノロッドが生成せしめら
れる。有用な酸化性ガスとして、限定されるものではないが、空気、酸素、二酸
化炭素、N2O、水蒸気およびそれらの混合物が挙げられる。これらのガスは純粋
でも、或いは窒素および/またはアルゴンで希釈されていてもよい。
、水素化脱窒素反応、水素化脱金属化反応、水素化脱酸素化反応、水素化脱芳香
族化反応、脱水素化反応、水素化分解反応、異性化反応、アルキル化反応、脱ア
ルキル化反応およびアルキル交換反応の各プロセスを含めて、多くの石油化学プ
ロセスおよび精製プロセスにおいて触媒として有用である。
系揮発性化合物の濃度およびその化合物に対する曝露時間の長さを調節すること
により、炭素ナノチューブ中の炭素の転化速度を制限することが可能である。か
くして、炭化物部分の場所を所望どおりに設計することができる炭化物部分を有
する炭素ナノチューブを提供することが可能である。例えば、炭素ナノチューブ
の炭化物部分を、炭素ナノチューブの表面の一部だけがナノ炭化物化合物から成
るように、炭素ナノチューブの表面全体に配置させることができる。炭素ナノチ
ューブの全表面を炭化物で被覆させ、一方炭素ナノチューブのコアが炭素を実質
的に残しているようにすることも可能である。さらに、炭素ナノチューブの炭化
物化合物による表面被覆率を全表面積の1%から99%まで制御することが可能
である。炭素ナノチューブが炭化物を含んでいる態様では、炭素ナノチューブの
表面の50%未満が覆われることが好ましい。低割合では、炭素ナノチューブ表
面の大きな領域が未被覆状態のままとなっている。それにもかかわらず、炭素ナ
ノチューブの炭化物部分が表面に保持されている限りは、その炭素ナノチューブ
の形態は実質的に同じ状態を保っている。
の炭化物部分を炭化物ナノロッドに変え、それによってナノチューブ−ナノロッ
ド混成構造を得ることが可能である。炭化物部分は炭素ナノチューブのいかなる
場所にも位置することができる。炭素の炭化物化合物への部分的転化は、好まし
くは約20〜約85重量%の範囲で変わる。炭素ナノチューブ中の炭化物化合物
の含有量が85%を越えると、その炭素ナノチューブは実質的に炭化物ナノロッ
ドに転化されたことになる。本発明の教示を有してしまえば、この技術分野の当
業者は、炭素ナノチューブ中の炭素を不完全に転化させるために、炭素ナノチュ
ーブの炭化物ナノロッドへの転化速度を如何に制御するかを、さらなる発明や、
或いは過度の実験の必要なしに、日常のこととして定めることができる。
現在知られているか、または後に開発されるだろう何らかの方法でその炭素ナノ
チューブの炭化物部分を与えることを包含するものである。例えば、炭化物化合
物を炭素ナノチューブまたはそのような凝集物上に与える他の方法では、Q−系
金属または金属化合物、好ましくはMo、WまたはVを炭素ナノチューブまたは
その凝集物上に直接置き、次いで熱分解して炭化物化合物で被覆された炭素ナノ
チューブを後に残している。
ばMo、WまたはVの塩類のようなQ−系塩類の溶液を炭素ナノチューブまたは
その凝集物を覆って分散させ、次いで熱分解して、再び、主として炭素ナノチュ
ーブの表面に炭化物化合物を形成する。
される態様が触媒系として極めて望ましい。炭素ナノチューブのコアが金属炭化
物触媒用の触媒担体またはキャリヤーとして作用するのである。
0〜1400℃の温度において1種の金属炭化物、好ましくは炭化ケイ素または
炭化アルミニウムに変換させることが可能である。その後に、その炭化ケイ素ナ
ノロッドを他の金属の揮発性化合物、例えばMoOと接触させることによって、
炭化ケイ素(好ましくはβSiC)、コアおよび他のQ−系炭化物部分を有する
混合炭化物ナノロッドが与えられる。例えばMoOを使用すると、そのSiCナ
ノロッドはMoC部分(これは外層である可能性がある)またはMoC−系ナノ
ロッドを含んでいることができる。かくして、得られるナノロッドはそのナノロ
ッドの一部がSiC−系であり、そして他の部分がMoC−系である混合炭化物
系ナノロッドである。同様に、ケイ化モリブデンが存在すると言う有利な点があ
る。上記で論じた混合炭化物ナノチューブまたはナノロッドは、高温化学反応に
おいて、特に石油化学分野において触媒キャリヤーとしてまたは直接触媒として
特に適している。
るナノチューブを、そのナノチューブの炭化物部分がオキシ炭化物をさらに含む
ように酸化処理に付すことが可能である。そのオキシ炭化物部分は、オキシ炭化
物化合物を、炭素ナノチューブまたは炭化物ナノロッドの上、その中およびその
内部の任意の場所に配置して含む。
法でナノチューブ上に配置させることができる。同様に、炭化物部分を有するナ
ノチューブは、それを空気に曝露するか、または与炭、若しくはナノチューブの
炭化物部分を部分的にまたは完全にオキシ炭化物ナノロッド部分に転化させる他
の任意の手段に付すことができる。かくして、一部がなおも炭素ナノチューブで
あり、一部が炭化物ナノロッドであり、そして一部がオキシ炭化物ナノロッドで
あって、炭素−炭化物−オキシ炭化物ナノチューブ−ナノロッド混成物とも称さ
れる炭素ナノチューブを提供することが可能である。
れた炭化物およびオキシ炭化物炭素ナノチューブから製造される硬質多孔性構造
物、並びにそれら構造物の製造方法にも関する。得られる構造物は、接触反応、
クロマトグラフィー、濾過システム、電極、電池等において使用することができ
る。
構造物は、ミクロポア(即ち直径または断面が2nm未満の細孔)を実質的に含
まない高表面積を有する。本発明は、絡み合った炭素ナノチューブ、および/ま
たは炭化物および/またはオキシ炭化物ナノロッドを含んで成る多孔性構造物の
機械的完全性および/または剛性を高めることに関する。本発明により製造され
たこの構造物は、従来の炭素ナノロッドまたはナノロッド構造物よりも高い圧潰
強さを持っている。本発明は、そのナノチューブおよび/またはナノロッドをし
て結合を形成させるか、または他のナノチューブおよび/またはナノロッドとそ
のナノチューブおよび/またはナノロッドの交差部において接着させるようにす
ることによる、炭素構造物の剛性を改善する方法を提供するものである。その結
合は、接着剤を加えるか、および/またはナノチューブを熱分解してそれらの相
互連結点において融着または結合を引き起こすことにより、ナノチューブの表面
に結合を促進する化学修飾を施すことによって誘発させることができる。
ノロッドの形をしていることもできるし、或いはナノチューブおよびナノロッド
の凝集粒子の形をしていることもできる。前者の形態はかなり均一な性質を有す
る構造物をもたらす。後者は、一緒に結合されたナノチューブおよび/またはナ
ノロッドの凝集粒子から成る全体的なマクロ構造と、個々の凝集粒子内の絡み合
ったナノチューブおよび/またはナノロッドから成るミクロ構造とを含んで成る
二層構造を有する構造物をもたらす。
が前記構造物を形成する。これらの場合、粒子中における個々のナノチューブお
よび/またはナノロッドストランドの分布は実質的に均一であって、それらスト
ランド間の隙間は実質的に一定になっている。(従来の担体における細孔に類似
する)これらの隙間は構造物の密度に従って変わり、そして、おおよそで、最も
緻密な場合の15nmから、最も軽い粒子(例えば、オープンネット凝集物から
形成された固形物)の場合の平均50〜60nmまでの範囲である。従来の炭素
担体中のミクロポア(<2nm)に相当すると思われるキャビティまたは空間は
存在しない。
布は実質的に不均一であって、細孔構造が実質的に不均一になっている。これに
もかかわらず、他の触媒および触媒担体中には往々にして存在するミクロポアに
相当するキャビティまたは空間は存在しない。
手可能な高表面積材料より優れている。この構造物の凹凸性(ruggedness)、多
孔度(細孔容積と細孔構造の両者)、および炭化物ナノロッドおよび/またはオ
キシ炭化物ナノロッドの純度が著しく改善されている。これらの性質が相対的に
高い表面積と組み合わされると、有用な特性を持つ独特な材料が得られる。
り大きい接近可能表面積を有し、ミクロポアを実質的に含まず、そして約1ポン
ド(lb)より大きい圧潰強さを有する炭化物ナノロッドを含んで成る硬質多孔
性構造物に関する。この構造物は0.5g/cm3より大きい密度および0.8
cm3/gより大きい多孔度を有しているのが好ましい。この構造物は絡み合い
、相互連結された炭化物ナノロッドを含み、そしてミクロポアを実質的に含んで
いないことが好ましい。
物ナノロッドを含んでおり、約10m2/gより大きい、好ましくは50m2/g
より大きい接近可能表面積を有し、ミクロポアを実質的に含まず、約1ポンドよ
り大きい圧潰強さ、0.5g/cm3より大きい密度および0.8cm3/gより
大きい多孔度を有する。
い、好ましくは50m2/gより大きい接近可能表面積を有し、ミクロポアを実
質的に含まず、約1ポンドより大きい圧潰強さ、0.5g/cm3より大きい密
度および0.8cm3/gより大きい多孔度を有するオキシ炭化物ナノロッドを
含んでいる。
素ナノチューブを含んでいる。炭化物部分の配置は、炭素ナノチューブの表面上
であってもよいし、または炭素ナノチューブの上、その中若しくはその内部の任
意の場所においてであってもよく、或いはその炭化物部分はこれを炭化物ナノロ
ッドに転化させ、炭素ナノチューブ−炭化物ナノロッド混成物を形成させること
もできる。これにもかかわらず、これらの硬質多孔性構造物の触媒としての有効
性は、得られる複合材料上の炭化物部分によって影響されない。この硬質多孔性
構造物は、約10m2/gより大きい、好ましくは50m2/gより大きい接近可
能表面積を有し、ミクロポアを実質的に含まず、約1ポンドより大きい圧潰強さ
、0.5g/cm3より大きい密度および0.8cm3/gより大きい多孔度を有
する。
またオキシ炭化物部分を含む。オキシ炭化物部分の配置は、炭化物部分の表面上
であってもよいし、或いは炭化物部分の上、その中またはその内部の任意の場所
においてであってもよい。
成物の炭化物ナノロッド部の一部分をオキシ炭化物に転化させることが可能であ
る。炭素−炭化物−オキシ炭化物ナノチューブ−ナノロッド混成物を組み込んで
いるこの硬質多孔性構造物は、約10m2/gより大きい接近可能表面積を有し
、ミクロポアを実質的に含まず、約1ポンドより大きい圧潰強さ、0.5g/c
m3より大きい密度および0.8cm3/gより大きい多孔度を有する。
かつ一様に分布されているナノチューブおよび/またはナノロッドから成る。即
ち、各構造物はナノチューブおよび/またはナノロッドの硬いそして均一な集合
物である。この構造物はそれらナノチューブおよび/またはナノロッド間に実質
的に均一な通路または隙間を含んでいる。これらの通路または隙間は、それら各
々が実質的に同じ断面を有し、実質的に一様に離間されていると言う点で均一で
ある。ナノチューブおよび/またはナノロッド間の平均距離は約0.03ミクロ
ン未満で、約0.005ミクロンより大きい。この平均距離は構造物の密度に応
じて変わることができる。
均一にかつ一様にではなく分布されているナノチューブおよび/またはナノロッ
ドから成る。この構造物はナノロッド間に実質的に不均一な通路および隙間を含
んでいる。これらの通路および隙間は不均一な断面を有し、実質的に一様でなく
離間されている。ナノチューブおよび/またはナノロッド間の平均距離は0.0
005〜0.03ミクロンの間で変わる。ナノチューブおよび/またはナノロッ
ド間のこの平均距離は構造物の密度に依存して変わることができる。
るように相互に連結されているナノチューブおよび/またはナノロッドの凝集粒
子の形をしたナノチューブおよび/またはナノロッドから成る。これらの硬質構
造物はその相互連結凝集粒子間により大きな凝集物間隙間(aggregate spacings
)を、またそれら凝集粒子内の個々のナノチューブおよび/またはナノロッド間
により小さいナノチューブおよび/またはナノロッド間隙間(nanotube and/or
nanorod spacings)を含んでいる。個々の凝集物間の平均最大距離は約0.1ミ
クロン未満で、かつ約0.001ミクロンより大きい。これらの凝集粒子として
、例えば鳥の巣に似たナノチューブおよび/またはナノロッドのランダムに絡み
合ったボールの粒子、および/または中心軸が互いに概ね平行に整列しているナ
ノチューブおよび/またはナノロッドの束を挙げることができる。
またはペレットを与える能力に関する。例えば、流動化充填床での使用に適した
大きさの多孔性粒状物またはペレット。その方法は、複数のナノチューブおよび
/またはナノロッド凝集物を調製し、その凝集物或いはナノチューブおよび/ま
たはナノロッドをそれらの交差部において融着または接着させて大きな、硬質の
塊状固形物を形成し、そしてその固形物の大きさを小さくして、例えば充填床を
形成するのに適した粒度まで小さくして、所望とされる用途に適した大きさを有
する硬質、多孔性の高表面積粒状物の小片にすることを含む。
合を形成させるか、または他のナノ繊維と繊維交差部において接着するようにさ
せることによって形成される。その結合は、「接着」剤を加えるか、および/ま
たはナノ繊維を熱分解してそれらの相互連結点において融着または結合を引き起
こすことにより、ナノ繊維の表面に結合を促進する化学修飾を施すことによって
誘発させることができる。ここに参照することにより本明細書に含められる、1
997年5月15日に出願された米国特許出願第08/857,383号明細書
は、炭素ナノ繊維またはナノチューブから硬質多孔性構造物を形成する方法につ
いて説明している。これらの方法は、炭化物を含み、そして他の態様ではオキシ
炭化物も含んでいる、ナノチューブ形態が実質的に保存されている、ばらばらの
、未構成のナノチューブまたはナノチューブ凝集物を含んでいる硬質多孔性構造
物の形成に等しく適用可能である。これらの方法は、また、未構成の炭化物また
はオキシ炭化物ナノロッドを含んでいるか、またはそれらを凝集物として含んで
いる硬質多孔性構造物の形成にも適用可能である。さらに、これらの方法は、炭
素−炭化物ナノチューブ−ナノロッドおよび/または炭素−炭化物−オキシ炭化
物ナノチューブ−ナノロッドの混成物から成る硬質多孔性構造物の形成にも適用
可能である。
素構造物を、炭素ナノチューブの炭素を全てまたはその炭素の一部だけを炭化物
系化合物に転化させるのに十分な条件下において、揮発性Q−系化合物と接触さ
せることによって、炭化物ナノロッドから成る硬質多孔性構造物が製造される。
れたナノチューブ)を有しまたは有しない、いずれかの通例のナノチューブまた
はナノチューブ凝集物から形成することができる。表面酸化ナノチューブは、こ
れらを、両者ともここに参照することにより本明細書に含められる、1997年
5月15日に出願された米国特許出願第08/856,657号、および同様に
1997年5月15日に出願された米国特許出願第08/857,383号明細
書に記載される方法に従って架橋させ、次いで炭素化して均一な細孔構造を有す
る、ミクロポアを実質的に含まない硬質多孔性炭素構造物を形成することができ
る。
一つの態様においては、前記のようにして製造された硬質多孔性炭素構造物が、
その炭素構造物の炭素ナノチューブを炭化物ナノロッドに転化させるのに十分な
温度と圧力の条件下において、Q−系化合物と接触せしめられる。硬質多孔性炭
化物構造物の炭素ナノチューブの炭化物部分の配置は、炭素ナノチューブの表面
上であってもよいし、または炭素ナノチューブの上、その中若しくはその内部の
任意の場所においてであってもよく、或いは、その転化が完全であるときは、炭
素ナノチューブ全体を実質的に中実の炭素ナノロッドに転換させる。本発明の教
示を有してしまえば、この技術分野の当業者は、硬質多孔性炭素構造物中に存在
する炭素ナノチューブが、炭素ナノロッド上の位置において約20〜約85重量
%、好ましくは85重量%を越える量で変わることができる炭化物部分を有して
いる炭素ナノロッドを含んで成る硬質多孔性炭化物系構造物に転化する速度を如
何に制御するかを、さらなる発明または過度の実験の必要なしに、日常のことと
して定めることができる。
面積を有し、そしてミクロポアを実質的に含まない。これらの構造物は、個々の
炭化物系ナノロッドと比較して向上した機械的一体性と耐摩耗性を有する。炭化
物系の硬質多孔性構造物は0.5g/cm3より大きい密度と0.8cm3/gよ
り大きい多孔度を有する。この構造物は少なくとも10ミクロンで、かつ2cm
以下と言う少なくとも二つの寸法を有する。出発硬質多孔性炭素構造物の細孔構
造に応じて、上記炭化物系硬質多孔性構造物の多孔性構造は均一であることもで
きるし、不均一であることもできるし、或いは双峰性であることもできる。
0.03ミクロンより小さく、かつ0.005ミクロンより大きい。もう一つの
態様では、その硬質多孔性構造物は、個々の凝集物間距離が接触点から1μまで
の範囲で変わる相互連結凝集粒子の形をした炭化物系ナノロッドから成る。この
炭化物系ナノロッドの硬質多孔性構造物がナノチューブ凝集物から成る硬質多孔
性炭素構造物から形成された場合は、その構造物は相互連結凝集物間に凝集物間
隙間を、また凝集粒子内のナノロッド間に炭化物ナノロッド間隙間を有する。そ
の結果、その硬質多孔性構造物は双峰細孔分布を有する。
チレン、ポリスチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド類
、ポリ(ジメチルシロキサン)およびフェノール樹脂のような結合剤で一緒に接
着されている、炭化物ナノロッドの凝集粒子の押出物から成る硬質多孔性構造物
に関する。理論で縛られるものではないが、硬質多孔性炭素構造物の炭化物系硬
質多孔性構造物への転化は、それが完全になされようと、或いは部分的になされ
ようと、本明細書で前に議論したように、擬似トポタクチック様式で成し遂げら
れると考えられる。
分を含んでいるナノチューブから成る硬質多孔性構造物を製造する方法は多数存
在する。一つの態様においては、炭化物系の硬質多孔性構造物は、この技術分野
およびレドークス等に対して1996年11月13日に発行された米国特許第5
,576,466号明細書で明らかにされている酸化処理に付される。
素ナノチューブから成る硬質多孔性構造物は、炭化物ナノロッドに部分的に転化
されている硬質多孔性炭素構造物を、この技術分野で明らかにされている酸化処
理に付すことにより製造される。
で、ここで参照することにより本明細書に含められる、1997年5月15日に
出願された米国特許出願第08/857,383号明細書に開示されるものと同
様の方法により硬質多孔性構造物に組み立てられる。
ロッドに部分的に転化されている炭素ナノチューブの凝集物がさらに酸化処理に
付され、次いで1997年5月15日に出願された米国特許出願第08/857
,383号明細書に開示される方法により硬質多孔性構造物に組み立てられる。
はオキシ炭化物ナノロッドと同ナノチューブは、この技術分野で従来教示された
炭化物およびオキシ炭化物触媒に比較して優れた比表面積を有している。その結
果、それらは自己担持触媒の製造において、また担持触媒の製造における触媒担
体として特に有用である。本発明の自己担持触媒としては、ナノチューブおよび
/またはナノロッドを含んで成る触媒組成物と、ナノチューブおよび/またはナ
ノロッドを含む硬質多孔性構造物を含んで成る触媒組成物が挙げられる。本発明
の自己担持触媒は活性な触媒化合物を構成するものであって、本明細書でさらに
具体的に説明されている非常に多数の不均一系反応を触媒するために、いかなる
追加の物理的担体なしで用いることができる。本発明の担持触媒は、ナノ繊維お
よび/またはナノロッド硬質多孔性構造物を含む担体、およびその担体に担持さ
れた触媒作用上有効な量の触媒を含んで成る。
は、自己担持触媒へのおよびそれより外への反応体および生成物の拡散と熱流の
流入および流出を著しく促進する。この独特の多孔性は、主としてマクロポアか
ら成る異常に高い内部気孔容積を、静的状態ではなく動的状態で生成させるナノ
チューブおよび/またはナノロッドのランダムなもつれ合いまたは絡み合いに由
来するものである。微粒物としての触媒の液相からの持続的分離性と、その触媒
の損失がより少ないことは、また、プロセス性能および経済性も改善する。自己
担持触媒としてのナノチューブおよび/またはナノロッド構造物の他の利点とし
て、高純度、改善された触媒装填容量(catalyst loading capacity)並びに酸
および塩基に対する化学的抵抗性が挙げられる。自己担持触媒として、炭素ナノ
チューブおよび/またはナノロッド凝集物は、多孔度、表面積、分離性および純
度において優れた化学的および物理的性質を与える。
ろなプロセスで遭遇する閉塞問題を改善する高い内部気孔容積を有する。さらに
、大きな細孔が多数であることは、拡散または物質移動制限反応で遭遇すること
が多い問題を未然に防ぐ。高多孔度は触媒寿命を有意に延ばすことを保証する。
直径、好ましくは3.5〜20nmの直径を有する炭化物系ナノロッドを含んで
成る触媒組成物である自己担持触媒に関する。この炭化物系ナノロッドは、炭化
物ナノロッドに実質的に転化されている炭素ナノチューブから製造された。この
態様の触媒組成物においては、その炭化物ナノロッドは原炭素ナノチューブの構
造を実質的に保持している。従って、その炭化物ナノチューブは均一な多孔性構
造を有していることもできるし、不均一な多孔性構造を有していることもできる
し、或いは双峰多孔性構造を有していることもできる。これらの触媒組成物は、
水素化反応、水素化脱硫反応、水素化脱窒素反応、水素化脱金属化反応、水素化
脱酸素化反応、水素化脱芳香族化反応、脱水素化反応、水素化分解反応、異性化
反応、アルキル化反応、脱アルキル化反応およびアルキル交換反応のような反応
を触媒する触媒として使用することができる。
の両者として使用することができる。通例のナノチューブおよび/またはナノロ
ッドから成る触媒について当てはまるように、本発明の硬質多孔性構造物から成
る触媒または触媒担体は独特の性質を有する。それらは例外的にメソ多孔性(me
soporous)およびマクロ多孔性(macroporous)である。それらは、また、純粋
、かつ磨耗、圧縮および剪断に対して抵抗性であり、従ってそれらを長い有効寿
命にわたって液相反応媒体から分離することができる。本発明の硬質多孔性構造
物の高い剛性は、この構造物から成る触媒および触媒担体を固定床接触反応で使
用できるようにする。一定の大きさとされたこの硬質構造物を含んでいる充填物
(packing)を形成し、そして流体またはガスを、その充填物を通して、その充
填物の形状および多孔度を有意には変えることなく通過させることができる。そ
れはこの硬質構造物が硬く、そして圧縮に耐えるからである。
ドから形成された硬質構造物は、触媒担体としての使用に特に好ましい構造物で
ある。
知の触媒で、このような高多孔度、高接近可能表面積および耐摩耗性を併せ持つ
ものはない。このナノロッド構造物により与えられる性質の組み合わせは、炭化
物触媒担体の使用に適う全ての触媒系で有利なものである。ナノロッド構造物を
構成するこの多数のナノロッドは、触媒粒子がそのナノロッド構造物中の多数の
ナノロッドに結合することができる非常に多数の接合点を与える。このことが、
担持触媒をより強固に保持する触媒担体を提供しているのである。さらに、ナノ
ロッド構造物は、ナノロッドの単位重量当たりの触媒装填量を多くするのを可能
にする。しかし、触媒装填量は、一般的には、担持触媒の総重量に基づいて0.
01重量%より多く、好ましくは0.1重量%より多いが、一般に5重量%より
は少ない。通常、5重量%より多い触媒装填量は実用的ではないが、担持触媒の
総重量基準で、活性触媒として5重量%より多い触媒装填量、即ち本発明の担体
重量基準で100%を越える装填量も、ナノロッド構造物の多孔度および本明細
書で論じられた他の因子のために、勿論、本発明の意図する範囲内である。望ま
しい水素化触媒は、白金族(ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、
パラジウムおよび白金またはそれらの混合物)、好ましくはパラジウムおよび白
金またはそれらの混合物である。特に鉄、ニッケルおよびコバルトを含めて第V
II族金属も魅力のある水素化触媒である。
よびナノロッド構造物に担持されていることができる。望ましい金属酸化触媒と
して、上記で列挙された白金族の金属だけでなく、銀および第VIII族金属も
挙げられる。酸化触媒として、また、NYCのエルセビア・プレス社(Elsevier
Press)が1983年に刊行した表面化学の研究(Studies in Surface Science )、15のゴロデッツ,G.I.(Golodets, G. I.)およびロス,J.R.H
(Ross, J. R. H.)著「分子状酸素を必要とする不均一系接触反応(Heterogene
ous Catalytic Reactions Involving Molecular Oxygen)」により具体的に説明
されているバナジウム、テルル、マンガン、クロム、銅、モリブデンおよびそれ
らの混合物の塩を含めて、この技術分野に知られている金属塩も挙げられる。
物のような他の炭化物化合物が挙げられる。これらの担持炭化物は、水素化反応
、水素化脱硫反応、水素化脱窒素反応、水素化脱金属化反応、水素化脱酸素化反
応、水素化脱芳香族化反応、脱水素化反応、水素化分解反応、異性化反応、アル
キル化反応、脱アルキル化反応およびアルキル交換反応に特に有用である。
る攻撃に対して高い抵抗性を示す。この特性は、触媒を再生する一つの経路が酸
または塩基による再生であるので、有利である。強酸および強塩基を用いる再生
法が用い得る。この化学的抵抗性は、また、本発明の炭化物担体を非常に腐食性
の環境で使用するのを可能にする。
ことにより造られる。用語「ナノチューブおよび/またはナノロッド構造物上に
」は、その構造物の上に、その中に、およびその内部に、並びにその構造物のナ
ノチューブおよび/またはナノロッドの上に、であることを限定することなく包
含するものである。上記用語は互いに交換して用いることができる。触媒は、硬
質構造物が形成される前に、硬質構造物が形成されつつある間に(即ち、分散媒
体に加えられる間に)、または硬質構造物が形成された後にナノチューブおよび
/またはナノロッド或いは凝集物上に組み込むことができる。
沈殿法がある。担持触媒は、触媒を凝集物担体上に組み込むか、またはそれを現
場形成するかのいずれによっても製造することができ、そしてその触媒はそれが
凝集物中に入れられる前に活性であってもよいし、或いは現場で活性化されても
よい。
な配位子との配位錯体のような触媒は、ナノロッドを、触媒または触媒前駆体の
溶液中で、所望とされる装填量について適切な時間にわたりスラリー化すること
によって吸着させることができる。
ナノチューブ構造物を用いて触媒担体を製造するのに適した方法のより詳しい説
明は、ここで参照することにより本明細書に含められる、1997年5月15日
に出願された、「硬質多孔性炭素構造物、その製造方法、その使用方法、および
その構造物を含んでいる製品」と題される、モイ等による米国特許出願第08/
857,383号明細書になされている。
を含んで成る触媒に関する。各ナノロッドは3.5〜20nmの実質的に均一な
直径を有している。前記のように、このオキシ炭化物系ナノロッドは実質的に中
実のコアを有し、実質的に多結晶性の固体を形成しており、そして個々のナノロ
ッドは非融着状態が支配的である。
を含んで成る触媒に関する。各触媒組成物は、水素化反応、水素化脱硫反応、水
素化脱窒素反応、水素化脱金属化反応、水素化脱酸素化反応、水素化脱芳香族化
反応、脱水素化反応、水素化分解反応、異性化反応、アルキル化反応、脱アルキ
ル化反応およびアルキル交換反応より成る群から選ばれる液相反応において触媒
として使用することができる。
Hf、Mo、VおよびWより成る群から選ばれる、非常に多数のQ−系ナノロッ
ドを含んでいる組成物から成る触媒に関する。得られる炭化物ナノロッドは不均
一に分布されていてもよいし、均一に分布されていてもよいし、或いは相互連結
凝集粒子の形になっていてもよい。
質多孔性構造物を形成させるのに十分な他の任意の方法で連結されている上記Q
−系ナノロッドに基づく硬質多孔性構造物を含んで成る。直ぐ上で論じた各触媒
組成物は、水素化反応、水素化脱硫反応、水素化脱窒素反応、水素化脱金属化反
応、水素化脱酸素化反応、水素化脱芳香族化反応、脱水素化反応、水素化分解反
応、異性化反応、アルキル化反応、脱アルキル化反応およびアルキル交換反応よ
り成る群から選ばれる液相反応において触媒として使用することができる。
たはその内部の任意の場所、好ましくはその表面上にさらに含んでいる非常に多
数の炭化物系ナノロッドを含む組成物を含んで成る触媒に関する。
質多孔性構造物を形成させるのに十分な他の任意の方法で連結されて硬質多孔性
構造物となっている炭化物系ナノロッドを含むそのような硬質多孔性構造物から
成る。各触媒組成物は、水素化反応、水素化脱硫反応、水素化脱窒素反応、水素
化脱金属化反応、水素化脱酸素化反応、水素化脱芳香族化反応、脱水素化反応、
水素化分解反応、異性化反応、アルキル化反応、脱アルキル化反応およびアルキ
ル交換反応より成る群から選ばれる液相反応において触媒として使用することが
できる。
ブを含む組成物を含んで成る触媒に関する。この態様において、その炭素ナノチ
ューブは炭化物化合物をそのナノチューブの上、その中またはその内部のどこか
であるが、好ましくはそのナノチューブの表面上に含んでいる。さらにもう一つ
の態様では、本明細書の「担持された炭化物およびオキシ炭化物」の項でより具
体的に説明されている通り、その炭素ナノチューブはオキシ炭化物化合物をその
ナノチューブの上、その中またはその内部であるが、好ましくはそのナノチュー
ブの表面上にさらに含んでいる。これらの態様においては、ナノチューブの形態
は実質的に保持されている。
ーブを含む硬質多孔性構造物を含んで成り、またもう一つの態様では上記のオキ
シ炭化物化合物も含んで成る。各硬質多孔性構造物は、水素化反応、水素化脱硫
反応、水素化脱窒素反応、水素化脱金属化反応、水素化脱酸素化反応、水素化脱
芳香族化反応、脱水素化反応、水素化分解反応、異性化反応、アルキル化反応、
脱アルキル化反応およびアルキル交換反応より成る群から選ばれる反応を触媒す
るために、液相反応における触媒として有用である。
ナノチューブ−ナノロッド混成構造物を形成している炭化物部分を有する非常に
多数のナノチューブを含んでいる。もう一つの関連態様では、その触媒組成物は
、炭化物ナノロッド部分、およびそれに加えてオキシ炭化物ナノロッドに転化さ
れているオキシ炭化物部分も有する非常に多数の炭素ナノチューブを含んでいる
。さらに他の関連態様においては、上記の炭素ナノチューブは硬質多孔性構造物
に含められていることができ、この場合その炭素ナノチューブは押出物に成形さ
れているか、および/または、さもなければ連結されて硬質多孔性構造物を形成
している。これらの触媒組成物は、水素化反応、水素化脱硫反応、水素化脱窒素
反応、水素化脱金属化反応、水素化脱酸素化反応、水素化脱芳香族化反応、脱水
素化反応、水素化分解反応、異性化反応、アルキル化反応、脱アルキル化反応お
よびアルキル交換反応より成る群から選ばれる液相反応にいて触媒として有用で
ある。
囲に入る生成物およびその製造方法の一部を例示説明するものである。それらは
、勿論、いかなる意味においても、本発明の範囲を制限するものと見なされるべ
きではない。本発明に対しては、非常に多数の変更および修正をすることができ
る。以下の実施例で使用される材料は、商業的に容易に入手することができるも
のである。
ンブリッジ(Cambridge)のハイペリオン・キャタリシス・インターナショナル
社(Hyperion Catalysis International)が製造した炭素ナノチューブの凝集物
によって提供されたものである。炭素ナノチューブの凝集物は、前記で「ナノチ
ューブ凝集物および集合物」と題される項に記載される、コーマ糸(「CY」)
タイプとしても知られる綿飴(cotton candy:「CC」)のものであった。
の、所望とされるC:Mo原子比装填量に必要な正確な量を含んでいるエタノー
ル溶液35ccで初期湿潤法によって含浸した。得られた混合物を十分な真空下
(full vacuum)において110℃で18時間乾燥させた。この乾燥の間にその
Mo前駆体は分解して、一般にMoO3-x(xは0または1である)として示される
モリブデン亜酸化物の混合物になった。この試料を、後記の実施例5、6または
7に記載されるように不活性雰囲気下で注意深く焼成することにより炭化物触媒
に転化させるために取っておいた。
酸アンモニウム四水和物、即ち(NH4)6Mo7O24・4H2Oの、所望とされるC:Mo原
子比装填量に必要な正確な量を含んでいる水溶液であったことを除いて、上記実
施例1で用いたのと同様の手順を行った。得られた混合物を十分な真空下におい
て225℃で18時間乾燥した。この乾燥の間にそのヘプタモリブデン酸塩化合
物はMoO3に分解された。この試料を、本明細書の実施例5、6および7にさらに
詳しく記載されるように不活性雰囲気下で注意深く焼成することにより炭化物触
媒に転化させるために取っておいた。
能化されたナノチューブ」と題される米国特許出願第08/352,400号明
細書に記載されるように硝酸で酸化した。
所望とされるC:Mo装填量に必要な正確な量を含んでいる、Moacacのエタノー
ル溶液、またはヘプタモリブデン酸アンモニウム四水和物の水溶液のいずれかと
よく混合した。その混合は、ペーストが均一な稠度を持つようになるまでブレイ
ベンダー(Braybender)ニーダー中で混練することにより成し遂げられた。その
混練試料から、過剰の溶媒を、約8〜約10重量%の固形分含有量が達成される
まで蒸発させることによって除去した。その材料を、次に、空気圧式ガン押出機
を用いて押し出した。その押出物は直径約1/8″で、長さが数センチメートル
であった。これらの押出物を次いで空気中において200℃で18時間乾燥した
。この乾燥中に若干の収縮が起こった。これらの乾燥押出物を次に約1/16イ
ンチ×1/4インチの小片に破砕し、これらを、本明細書の実施例5、6および
7に記載されるように注意深く焼成することにより炭化物触媒に転化させるため
に取っておいた。
約0.6mg/gの酸滴定量を有する酸化されたCC凝集物を形成した。
ン酸アンモニウム四水和物またはMoO3のいずれかの、所望とされるC:Mo原子
比に必要な正確な量と、その試料を乳鉢と乳棒で混練することによって物理的に
混合した。その酸化炭素ナノチューブ粉末の粉立ちを抑制し、そしてそのモリブ
デン前駆体粒子と炭素ナノチューブ凝集物との接触を助長するために、水または
エチレングリコールのような少量の湿潤剤を周期的に加えた。この混合物を混練
して均一、濃厚なペーストとした後に、その試料の混練を続けながら穏やかに加
温することによって過剰の溶媒を除去した。この混合物を次に空気中において2
00℃で14時間乾燥し、そして本明細書の実施例5、6および7に記載される
ように注意深く焼成することにより炭化物触媒に転化させるために取っておいた
。
1インチの石英管の中に水平に入れた。この石英管−磁性ボート組立体をプログ
ラム可能温度コントローラおよび着脱自在熱電対を具えた高温炉の中に入れた。
熱電対は磁性ボートの端に直接接触させて配置された。その試料をアルゴンのゆ
っくりした流れ、即ち数標準cc/分の流れの下で5℃/分の昇温速度において
200℃まで、その後は1℃/分で600℃または625℃の最終温度まで加熱
した。その試料をこの温度に18時間保持して置いた。純Mo2Oは大気酸素と激し
く反応するから、それら試料をアルゴン中で周囲温度まで冷却した後、それらを
覆って3%O2/Arを1時間にわたり流すことにより、それら試料を不動態化
した。
に600℃で1時間保持して置いた。その後、加熱を1℃/分の同じ速度で再開
して800℃にし、そしてその温度でさらに3時間保持して置いた。アルゴン中
で冷却した後、それら試料を3%O2/Arを用いて不動態化した。
試料を1時間保持して置いた。その後、それら試料の加熱を1℃/分の同じ速度
で再開して1000℃にし、そこでその温度を0.5時間保持した。アルゴン中
で冷却した後、それら試料を3%O2/Arを用いて不動態化した。
子を、上記の実施例1〜7に従って製造した。下記の表1は、選択された実験の
実験条件とXRDの結果をまとめて示すものである。
上部に示されている。方法の欄には、炭素ナノチューブとの反応でMo2Cに転化さ
れたモリブデン前駆体の一覧が示される。Moacacはモリブデニルアセチルアセト
ネートを意味し、またMoO3は三酸化モリブデンを意味する。「(s)」はモリブ
デン前駆体の固相を意味する。上付きのa、bおよびcは、実施例2、3および
4にそれぞれ記載される反応体の分散法を意味する。T℃は反応温度サイクルの
最終焼成温度を意味する。「C:Mo初期」は、炭化物化合物への転化前の原反
応混合物中におけるC:Moの原子比を意味する。例えば、過剰のCまたはMo
を持たない純粋の炭化物、即ち純粋のMo2Cを生成させる化学量論的原子比は3.
5である。後に続くカッコ内の数字は、得られた材料中に含まれるMo2Cの計算さ
れた装填量である。「重量減(理論値)」は、表1の上部にある反応式による理
論重量減を意味する。「相、XRD」は、X−線回折(XRD)分析で見いださ
れた化合物を示す。Mo2Cは二つの明瞭な結晶相、即ち六方晶系および立方晶系で
存在する。
化合物、存在する相、および異なる相について計算された平均粒度を確認するも
のである。
小粒子の容積よりははるかに大きいと計算されるように、容積に偏りがおかれた
平均粒度(volume-biased average size)である。これはXRD法に精通した人
には周知の常用の手法である。
もはっきりした証拠を与えた。これらの試料は、粉末か押出物のいずれかとして
の、MoO3と炭素ナノチューブとの化学量論的混合物または化学量論比に近い混合
物を反応させることによって得られた。生成物の同定および形態はSEM、HRTE
MおよびXRDにより得られた。実施例1において、約15%過剰のCでは、主
生成物はXRDでMo2Cの六方晶系相と同定された。MoO2およびグラファイト炭素
は少量成分と判断された。SEMは、ナノロッド(〜10−15nm)およびナ
ノ粒子(〜20nm)が存在することを示した。
量論的混合物か、含浸されたモリブデン酸アンモニウムの両者と各々反応させる
ことによって生じたものである。
ーブ粉末との化学量論的混合物の反応によって生じた試料12において得られた
。XRD、SEMおよびHRTEM分析は、MoO2ナノロッドおよびナノ粒子が共に形
成されることを示した。SEM分析は、図1に示されるとおり、構造内部にナノ
粒子が分散されているナノロッドの網状構造を示した。炭化物ナノロッドの正確
な寸法は、図2に示されるとおり、HRTEMによって得られている。ここで、図2
は炭素ナノチューブの直径よりも小さい直径、即ち約7nmの直径を有する炭化
物ナノロッドを示している。炭化物ナノ粒子は直径が約7〜約25nmの範囲で
ある。
さらに詳細に調べた。反応は、図4に示されるとおり、熱重量分析(TGA)で
追跡された。図4は、化学量論的反応が二つの別個のステップで、即ち約450
〜約550℃における炭素によるMoO3のMoO2への還元と、それに続く約675〜
約725℃におけるMo2Cへのさらなる還元とで起きたことを示している。600
℃での焼成後に行われたSEMおよびXRD分析は、初めに存在していたMoO3の
非常に大きいスプラ(supra)−μ粒子から、個々のフィブリルの中によく分散
しているMoO3-xの約20〜50nm粒子への、酸化物前駆体の完全な再分布を示
した。この再分布は、多分、気化により生じた。800℃までのさらなる焼成は
、MoO3-x(xは0またはΔである)混合物をMo2Cナノロッドおよびナノ粒子に転
化させ、この際約7〜約25nmの粒度低下が伴われた。たとえMoO3の再分布が
おそらくは気化により起こるとしても、二つの化学転位(炭素還元によるMoO3→
MoO2およびMoO2→Mo2C)が固相−固相反応で起こると考えられる。
チューブ上に担持されたMo2Cのナノ粒子が好結果で製造されることの証拠を与え
た。これらの生成物は、水溶液から炭素ナノチューブのCC凝集物上へのモリブ
デン酸アンモニウムの含浸により形成され、そして表1に示したように注意深く
焼成された。両生成物のXRDは、Mo2Cからの立方晶系形態がグラファイト炭素
と共に主要成分であることを示した。六方晶系Mo2Cは少量成分と判断された。酸
化モリブデンは検出されなかった。立方晶系Mo2C粒子は直径が約2〜約5nmの
範囲であったが、一方六方晶系粒子は約10〜約25nmの範囲であった。立方
晶系粒子は主に個々の炭素ナノチューブ上に堆積していたが、一方六方晶系粒子
は炭素ナノチューブ間に分布されていた。これらは、試料10から取ったHRTEM
顕微鏡写真のコピーである図3および4に見ることができる。これらの図におい
て、粒度はフィブリル直径との比較により推定することができるが、それは7〜
10nmの範囲である。
(NH4)10W12O41・5H2O(ここではタングステン酸アンモニウムと称される)の、所
望とされるC:W原子比装填量(C:Wモル比3.5:1、10:1および20
:1)に必要な正確な量を含んでいる水溶液であったことを除いて、前記実施例
2で用いたのと同じ手順を行った。得られた混合物を十分な真空下において22
5℃で18時間乾燥した。この乾燥の間にそのパラタングステン酸塩化合物はWO 3 に分解された。この試料を、本明細書の実施例10にさらに詳しく記載される
ように不活性雰囲気下で注意深く焼成することにより炭化物触媒に転化させるた
めに取っておいた。
テン酸、即ちH3PO4・12WO3・xH2Oの、所望とされるC:W原子比装填量(C:Wモ
ル比3.5:1および20:1)に必要な正確な量を含んでいる水溶液であった
ことを除いて、前記実施例8で用いたのと同じ手順を行った。得られた混合物を
、十分な真空下において225℃で18時間乾燥した。この乾燥の間にそのPT
AはWO3に分解された。この試料を、本明細書の実施例10にさらに詳しく記載
されるように不活性雰囲気下で注意深く焼成することにより炭化物触媒に転化さ
せるために取っておいた。
炭化タングステン類に転化させた。アルゴン中で冷却した後、それら試料を3%
O2/Arを用いて不動態化した。以下の表3は、実験条件および選択された実
験についてのXRDの結果をまとめて示すものである。
には、炭素ナノチューブとの反応でW2C/WCに転化されたタングステン前駆体の
一覧が示される。PTAはリンタングステン酸を意味し、A. Tungはパラタング
ステン酸アンモニウムを意味する。「(s)」はタングステン前駆体の固相を意
味する。C:Wは原混合物中におけるC原子−対−W原子の比を意味する。過剰
のCまたはWを有しない純WCを生成させる化学量論的原子比は4.0である。
W2Cを生成させるための原子比C:Wは3.5である。XRD欄には、X−線回
折(XRD)分析で観察された化合物が挙げられている。
により、1995年3月31日に出願された米国特許出願第08/414,36
9号(代理人ドケットNo.KM6473390)明細書の実施例1に従って炭
素ナノチューブのハイペリオン(Hyperion)凝集物から製造された。得られたS
iCナノロッドは、平均で15nmの均一な直径および高度に結晶化したβSi
C構造を有していた。
ケミカルス社(Aldrich Chemicals)が提供するポリ(ジメリルシロキサン)を
、SiCナノロッドの押出物を製造するための結合剤として用いた。0.16g
のSiCナノロッドと0.16gのポリ(ジメリルシロキサン)を混合して均一
な濃厚なペーストを形成した。続いて、このペーストをシリンジを通して押し出
して緑色をした押出物を作り、これらを流動しているアルゴン雰囲気下で次のと
おり加熱した:200℃で2時間(実施例11);400℃で4時間(実施例1
2);および700℃で4時間(実施例13)。SiCナノロッドの硬質多孔性
構造物が形成された。
を有していた。凝集物の中のマクロポアは、図5Bに示されるとおり、1〜5μ
mであり、また捩れたSiCナノロッドの網状構造中のメソポアは10〜50n
mであった。これら押出物の直径は図5Aに示されるとおり約1.2mmであっ
た。SiCナノロッドのこれら押出物の比表面積は97m2/gであった。
金、パラジウム等およびMo、W、V、NbまたはTaの炭化物のような触媒の
ための担体を含めて多種多様な用途に対して魅力がある。触媒担体として用いる
場合のSiCナノロッドの表面特性は、炭素の表面特性に極めて近いものである
。従って、従来の炭素担体はこれをSiC押出物で置き換えることができ、そし
て炭素担持触媒の多くの性質を、特に酸化条件に求められる高温領域まで拡張す
る。
の炭素ナノチューブ押出物2試料を、アルミナのボートに入れる。各ボートをチ
ューブ炉に入れ、そして流動アルゴン下で250℃および450℃においてそれ
ぞれ2時間加熱する。そのガスをアルゴンからCH4/H2(CH4・20%)の混合物
に変え、そしてその炉を650℃までゆっくり(1℃/分)加熱し、ここでその
温度を1時間保持する。炭素ナノチューブの押出物の表面に担持された炭化モリ
ブデンが得られる。
プセルに入っている臭素50mgを石英管に入れ、それを10-3トルにおいて排
気し、次いでシールする。臭素カプセルを壊してから、その石英管をチューブ炉
の中に入れ、そして1000℃で約1週間加熱する。炭素ナノチューブの押出物
は炭化モリブデンナノロッドに実質的に転化された。
る。この押出物を流動H2ガス下で150℃において2時間加熱する。その後に
、この押出物を50℃まで冷却する。Mo(CO)6を含んでいる飽和器を50℃にお
いて通過させたH2ガスを、炭素ナノチューブの冷却された押出物の上にそれら
を覆って流す。その結果、Mo(CO)6は炭素ナノチューブの押出物表面に吸着され
ていく。Mo(CO)6の吸着工程に続いて、試料の温度を純H2雰囲気中で150℃ま
で上げる。その温度を150℃で1時間保持する。試料の温度を次に650℃ま
で上げ、流動H2ガス下においてこの温度で2時間保持する。表面にモリブデン
を有する炭素ナノチューブの押出物の試料が得られる。この試料を次に650℃
で1時間保持し、そしてそのガスをH2からCH4/H2混合物(CH4・20%)に切
り換える。炭素ナノチューブの表面に吸着されたモリブデンは、炭化モリブデン
に転化される。冷却された炭素ナノチューブ押出物上でのMo(CO)6の吸着期間を
変えることにより、その押出物の表面上に形成される炭化モリブデンの量を制御
することができる。
あって、限定の表現として用いられているものではなく、そして、そのような用
語または言い回しの使用に当たっては、提示されそして説明された特長のいかな
る均等物もそれらの部分として除外する意図はなく、いろいろな修正が本発明の
範囲内で可能であることが認められる。
したが、当業者であれば他のさらなる修正を本発明の真の範囲から逸脱すること
なくなし得ることを了解されるはずであり、従って、本発明は、前記特許請求の
範囲に入るそのような修正および変更を全て含むことを意図するものである。
顕微鏡写真である。
構造中のミクロポアを図解しているSEM顕微鏡写真である。
Claims (166)
- 【請求項1】 1.0nmと100nm未満との間の実質的に均一な直径を
有する、非常に多数のオキシ炭化物系ナノロッドを含んで成る組成物であって、
該オキシ炭化物系ナノロッドがオキシ炭化物を含んでいる上記の組成物。 - 【請求項2】 オキシ炭化物が、酸素を、総量として、温度プログラム化脱
着法で測定して、少なくとも一層の吸着酸素・単分子層の少なくとも25%を与
えるのに十分な量を有している、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項3】 オキシ炭化物が組成物に対して約0.5〜約25重量%の量
で存在している、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項4】 実質的に均一な直径が3.5〜70nmである、請求項1に
記載の組成物。 - 【請求項5】 オキシ炭化物系ナノロッドがオキシ炭化物の実質的に中実の
(Solid)コアを有する、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項6】 オキシ炭化物系ナノロッドは互いに融着していない状態が支
配的である、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項7】 1.0〜100nmの実質的に均一な直径を有する、非常に
多数の炭化物系ナノロッドを含んで成る組成物であって、該炭化物系ナノロッド
がオキシ炭化物を含んでいる上記の組成物。 - 【請求項8】 オキシ炭化物が、酸素を、総量として、温度プログラム化脱
着法で測定して、少なくとも一層の吸着酸素・単分子層の少なくとも25%を与
えるのに十分な量を有している、請求項7に記載の組成物。 - 【請求項9】 オキシ炭化物が炭化物系ナノロッドの表面上に存在している
、請求項7に記載の組成物。 - 【請求項10】 オキシ炭化物が組成物に対して約0.5〜約25重量%の
量で存在している、請求項7に記載の組成物。 - 【請求項11】 炭化物系ナノロッドが多結晶性である、請求項7に記載の
組成物。 - 【請求項12】 炭化物系ナノロッドは互いに融着していない状態が支配的
である、請求項7に記載の組成物。 - 【請求項13】 1.0〜100nmの実質的に均一な直径を有する、非常
に多数の炭素ナノチューブを含んで成る組成物であって、該炭素ナノチューブが
炭化物を含んでいる上記の組成物。 - 【請求項14】 炭化物が炭素ナノチューブの表面上に存在している、請求
項13に記載の組成物。 - 【請求項15】 炭化物が約20〜約100重量%の炭化物量で存在してい
る、請求項13に記載の組成物。 - 【請求項16】 炭素ナノチューブがオキシ炭化物をさらに含んでいる、請
求項13に記載の組成物。 - 【請求項17】 炭化物およびオキシ炭化物が炭素ナノチューブの表面上に
存在している、請求項16に記載の組成物。 - 【請求項18】 オキシ炭化物が組成物に対して約0.5〜約25重量%の
量で存在している、請求項17に記載の組成物。 - 【請求項19】 炭素ナノチューブが凝集粒子の形をしている、請求項13
または16に記載の組成物。 - 【請求項20】 凝集粒子が鳥の巣凝集物、コーマ糸凝集物およびオープン
ネット凝集物より成る群から選ばれる形状をしている、請求項19に記載の組成
物。 - 【請求項21】 凝集粒子の平均の大きさが700ミクロン未満である、請
求項19に記載の組成物。 - 【請求項22】 炭素ナノチューブが、実質的に一定の直径を有し、チュー
ブ軸と同心のグラファイト層を有し、そして熱分解堆積炭素が実質的に含まれて
いない実質的に円筒状である、請求項19に記載の組成物。 - 【請求項23】 1.0〜100nmの実質的に均一な直径を有する、非常
に多数の炭素ナノチューブを含んで成る組成物であって、該炭素ナノチューブが
炭化物部分を含んで成り、該炭化物部分が炭化物系ナノロッドを含んでいる上記
の組成物。 - 【請求項24】 炭素ナノチューブがオキシ炭化物部分をさらに含んでいる
、請求項23に記載の組成物。 - 【請求項25】 オキシ炭化物部分が炭化物系ナノロッドの表面上に存在し
ている、請求項24に記載の組成物。 - 【請求項26】 炭化物部分が炭化物を組成物に対して約20〜約100重
量%の量で含んでいる、請求項23に記載の組成物。 - 【請求項27】 オキシ炭化物部分がオキシ炭化物を組成物に対して約0.
5〜約25重量%の量で含んでいる、請求項24に記載の組成物。 - 【請求項28】 ナノチューブが凝集粒子の形をしている、請求項23また
は24に記載の組成物。 - 【請求項29】 凝集粒子が鳥の巣凝集物、コーマ糸凝集物およびオープン
ネット凝集物より成る群から選ばれる形状をしている、請求項23に記載の組成
物。 - 【請求項30】 凝集粒子の平均の大きさが700ミクロン未満である、請
求項29に記載の組成物。 - 【請求項31】 炭素ナノチューブが、実質的に一定の直径を有し、チュー
ブ軸と同心のグラファイト層を有し、そして熱分解堆積炭素が実質的に含まれて
いない実質的に円筒状である、請求項23に記載の組成物。 - 【請求項32】 炭素ナノチューブの炭化物部分が実質的に中実のコアを有
している、請求項23に記載の組成物。 - 【請求項33】 ナノチューブの炭化物部分が多結晶性である、請求項23
に記載の組成物。 - 【請求項34】 炭素ナノチューブは互いに融着していない状態が支配的で
ある、請求項23に記載の組成物。 - 【請求項35】 請求項1に記載の組成物を含んで成る硬質多孔性構造物。
- 【請求項36】 構造物が0.5g/cm3より大きい密度および0.8c
c/gより大きい多孔度を有している、請求項35に記載の構造物。 - 【請求項37】 ミクロポアを実質的に含まず、そして1lb/in2より
大きい圧潰強さを有している、請求項35に記載の構造物。 - 【請求項38】 オキシ炭化物系ナノロッドが構造物全体に不均一に分布さ
れている、請求項35に記載の構造物。 - 【請求項39】 オキシ炭化物系ナノロッドが構造物全体に均一かつ一様に
分布されている、請求項35に記載の構造物。 - 【請求項40】 オキシ炭化物系ナノロッド間の平均距離が約0.03ミク
ロン未満で、かつ約0.005ミクロンより大きい、請求項39に記載の構造物
。 - 【請求項41】 硬質多孔性構造物が少なくとも10ミクロンで、かつ2c
m以下と言う少なくとも二つの寸法を有している、請求項38または39に記載
の構造物。 - 【請求項42】 硬質多孔性構造物が少なくとも10ミクロンの三つの寸法
を有している、請求項38または39に記載の構造物。 - 【請求項43】 硬質多孔性構造物がオキシ炭化物系ナノロッドの押出物を
さらに含んでいる、請求項38または39に記載の構造物。 - 【請求項44】 押出物が実質的に一定の直径を有し、円筒状であり、そし
て該押出物の軸線を中心にして対称になっている、請求項43に記載の構造物。 - 【請求項45】 押出物の直径が約1.0mm〜約3cmである、請求項4
4に記載の構造物。 - 【請求項46】 オキシ炭化物系ナノロッドが接着剤で連結されて硬質多孔
性構造物を形成している、請求項43に記載の構造物。 - 【請求項47】 接着剤が、セルロース、炭水化物、ポリエチレン、ポリス
チレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド類、ポリ(ジメチ
ルシロキサン)およびフェノール樹脂より成る群から選ばれる、請求項46に記
載の構造物。 - 【請求項48】 硬質多孔性構造物が熱分解される、請求項47に記載の構
造物。 - 【請求項49】 10m2/gより大きい、好ましくは50m2/gより大き
い表面積を有している、請求項35に記載の構造物。 - 【請求項50】 非常に多数の炭化物系ナノロッドを含む組成物を含んで成
る硬質多孔性構造物。 - 【請求項51】 硬質多孔性構造物が5.0g/cm3より大きい密度およ
び0.8cc/gより大きい多孔度を有している、請求項50に記載の構造物。 - 【請求項52】 硬質多孔性構造物が少なくとも10ミクロンで、かつ2c
m以下と言う少なくとも二つの寸法を有している、請求項50に記載の構造物。 - 【請求項53】 硬質多孔性構造物がミクロポアを実質的に含まず、そして
1lb/in2より大きい圧潰強さを有している、請求項50に記載の構造物。 - 【請求項54】 細孔分布が双峰分布(bimodal:バイモダル)である、請求
項50に記載の構造物。 - 【請求項55】 炭化物系ナノロッドが構造物全体に不均一に分布されてい
る、請求項50に記載の構造物。 - 【請求項56】 炭化物系ナノロッドが構造物全体に均一かつ一様に分布さ
れている、請求項50に記載の構造物。 - 【請求項57】 炭化物系ナノロッド間の平均距離が約0.03ミクロン未
満で、かつ約0.005ミクロンより大きい、請求項56に記載の構造物。 - 【請求項58】 硬質多孔性構造物が炭化物系ナノロッドの相互連結凝集粒
子を含んで成る、請求項50に記載の構造物。 - 【請求項59】 個々の凝集物間の平均最大距離が0.03μ未満である、
請求項58に記載の構造物。 - 【請求項60】 硬質多孔性構造物が相互連結凝集粒子間に凝集物間隙間を
、そして該凝集粒子内のナノロッド間にナノロッド間隙間を含んでいる、請求項
59に記載の構造物。 - 【請求項61】 凝集粒子が鳥の巣凝集物、コーマ糸凝集物またはオープン
ネット凝集物の形をしている、請求項58に記載の構造物。 - 【請求項62】 硬質多孔性構造物が炭化物系ナノロッドの凝集粒子の押出
物をさらに含んでいる、請求項58に記載の構造物。 - 【請求項63】 押出物が実質的に一定の直径を有し、円筒状であり、そし
て該押出物の軸線を中心にして対称になっている、請求項62に記載の構造物。 - 【請求項64】 押出物の直径が約1.0mm〜約3cmである、請求項6
3に記載の構造物。 - 【請求項65】 凝集粒子が接着剤で連結されて硬質多孔性構造物を形成し
ている、請求項64に記載の構造物。 - 【請求項66】 接着剤が、セルロース、炭水化物、ポリエチレン、ポリス
チレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド類、ポリ(ジメチ
ルシロキサン)およびフェノール樹脂より成る群から選ばれる、請求項65に記
載の構造物。 - 【請求項67】 硬質多孔性構造物が熱分解される、請求項65に記載の構
造物。 - 【請求項68】 10m2/gより大きい、好ましくは50m2/gより大き
い表面積を有している、請求項50に記載の構造物。 - 【請求項69】 請求項7に記載の組成物を含んで成る硬質多孔性構造物。
- 【請求項70】 オキシ炭化物が炭化物系ナノロッドの表面上に存在してい
る、請求項69に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項71】 オキシ炭化物が硬質多孔性構造物に対して約0.5〜約2
5重量%の量で存在している、請求項69に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項72】 構造物が少なくとも10ミクロンで、かつ2cm以下と言
う少なくとも二つの寸法を有している、請求項69に記載の構造物。 - 【請求項73】 構造物が少なくとも10ミクロンと言う少なくとも三つの
寸法を有している、請求項69に記載の構造物。 - 【請求項74】 構造物が0.5g/cm3より大きい密度および0.8c
c/gより大きい多孔度を有している、請求項69に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項75】 ミクロポアを実質的に含まず、そして1lb/in2より
大きい圧潰強さを有している、請求項69に記載の構造物。 - 【請求項76】 炭化物系ナノロッドが構造物全体に不均一に分布されてい
る、請求項69に記載の構造物。 - 【請求項77】 炭化物系ナノロッドが構造物全体に均一かつ一様に分布さ
れている、請求項69に記載の構造物。 - 【請求項78】 炭化物系ナノロッド間の平均距離が約0.03ミクロン未
満で、かつ約0.005ミクロンより大きい、請求項69に記載の構造物。 - 【請求項79】 構造物が炭化物系ナノロッドの相互連結凝集粒子を含んで
成る、請求項69に記載の構造物。 - 【請求項80】 個々の凝集物間の平均最大距離が0.03μ未満である、
請求項79に記載の構造物。 - 【請求項81】 構造物が相互連結凝集粒子間に凝集物間隙間を、そして該
凝集粒子内の炭化物系ナノロッド間にナノロッド間隙間を含んでいる、請求項8
0に記載の構造物。 - 【請求項82】 凝集粒子が鳥の巣凝集物、コーマ糸凝集物またはオープン
ネット凝集物の形をしている、請求項79に記載の構造物。 - 【請求項83】 構造物が炭化物系ナノロッドの相互連結凝集粒子の押出物
を含んでいる、請求項79に記載の構造物。 - 【請求項84】 押出物が実質的に一定の直径を有し、円筒状であり、そし
て該押出物の長軸を中心にして対称になっている、請求項83に記載の構造物。 - 【請求項85】 押出物の直径が約1.0mm〜約3cmである、請求項8
4に記載の構造物。 - 【請求項86】 凝集粒子が接着剤で連結されて硬質多孔性構造物を形成し
ている、請求項79に記載の構造物。 - 【請求項87】 接着剤が、セルロース、炭水化物、ポリエチレン、ポリス
チレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド類、ポリ(ジメチ
ルシロキサン)およびフェノール樹脂より成る群から選ばれる、請求項86に記
載の構造物。 - 【請求項88】 硬質多孔性構造物が熱分解される、請求項87に記載の構
造物。 - 【請求項89】 10m2/gより大きく、そして50m2/g以上である表
面積を有している、請求項69に記載の構造物。 - 【請求項90】 請求項13に記載の組成物を含んで成る、硬質多孔性構造
物。 - 【請求項91】 炭化物が炭素ナノチューブの表面上に存在している、請求
項96に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項92】 炭化物が構造物に対して約20〜約100重量%の量で存
在している、請求項90に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項93】 炭素ナノチューブがオキシ炭化物をさらに含んでいる、請
求項90に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項94】 オキシ炭化物が炭素ナノチューブの表面上に存在している
、請求項90に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項95】 構造物が5.0g/cm3より大きい密度および0.8c
c/gより大きい多孔度を有している、請求項90または93に記載の硬質多孔
性構造物。 - 【請求項96】 構造物がミクロポアを実質的に含まず、そして1lb/i
n2より大きい圧潰強さを有している、請求項95に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項97】 炭素ナノチューブが構造物全体に不均一に分布されている
、請求項95に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項98】 炭素ナノチューブが構造物全体に均一かつ一様に分布され
ている、請求項95に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項99】 炭素ナノチューブ間の平均距離が約0.03ミクロン未満
で、かつ約0.005ミクロンより大きい、請求項95に記載の硬質多孔性構造
物。 - 【請求項100】 炭素ナノチューブが、構造物を形成するように相互連結
された凝集粒子の形をしている、請求項95に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項101】 個々の凝集物間の平均最大距離が0.03μ未満である
、請求項100に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項102】 構造物が相互連結凝集粒子間に凝集物間隙間を、そして
該凝集粒子内のナノチューブ間にナノチューブ間隙間を含んでいる、請求項10
0に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項103】 凝集粒子が鳥の巣凝集物、コーマ糸凝集物またはオープ
ンネット凝集物の形をしている、請求項100に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項104】 硬質多孔性構造物が炭素ナノチューブの相互連結凝集粒
子の押出物を含んでいる、請求項100に記載の構造物。 - 【請求項105】 押出物が実質的に一定の直径を有し、円筒状であり、そ
して該押出物の軸線を中心にして対称になっている、請求項104に記載の構造
物。 - 【請求項106】 押出物の直径が約1.0mm〜約3cmである、請求項
105に記載の構造物。 - 【請求項107】 凝集粒子が接着剤で連結されて硬質多孔性構造物を形成
している、請求項100に記載の構造物。 - 【請求項108】 接着剤が、セルロース、炭水化物、ポリエチレン、ポリ
スチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド類、ポリ(ジメ
チルシロキサン)およびフェノール樹脂より成る群から選ばれる、請求項107
に記載の構造物。 - 【請求項109】 硬質多孔性構造物が熱分解される、請求項108に記載
の構造物。 - 【請求項110】 10m2/gより大きい、好ましくは50m2/gより大
きい表面積を有している、請求項93に記載の構造物。 - 【請求項111】 請求項23または24に記載の組成物を含んで成る硬質
多孔性構造物。 - 【請求項112】 構造物が、5.0g/cm3より大きい密度および0.
8cc/gより大きい多孔度を有している、請求項111に記載の硬質多孔性構
造物。 - 【請求項113】 構造物がミクロポアを実質的に含まず、かつ1lb/i
n2より大きい圧潰強さを有している、請求項111に記載の硬質多孔性構造物
。 - 【請求項114】 炭素ナノチューブが構造物全体に均一かつ一様に分布さ
れている、請求項111に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項115】 炭素ナノチューブ間の平均距離が約0.03ミクロン未
満で、かつ約0.005ミクロンより大きい、請求項111に記載の硬質多孔性
構造物。 - 【請求項116】 炭素ナノチューブが、構造物を形成するように相互連結
された凝集粒子の形をしている、請求項111に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項117】 個々の凝集物間の平均最大距離が0.03μ未満である
、請求項116に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項118】 構造物が相互連結凝集粒子間に凝集物間隙間を、そして
該凝集粒子内のナノロッド間にナノチューブ間隙間を含んでいる、請求項111
に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項119】 凝集粒子が鳥の巣凝集物、コーマ糸凝集物またはオープ
ンネット凝集物の形をしている、請求項116に記載の硬質多孔性構造物。 - 【請求項120】 構造物が少なくとも10ミクロンで、かつ2cm以下と
言う少なくとも二つの寸法を有している、請求項111に記載の構造物。 - 【請求項121】 構造物が少なくとも10ミクロンと言う少なくとも三つ
の寸法を有している、請求項111に記載の構造物。 - 【請求項122】 構造物が炭素ナノチューブの相互連結凝集粒子の押出物
をさらに含んでいる、請求項111に記載の構造物。 - 【請求項123】 押出物が実質的に一定の直径を有し、円筒状であり、そ
して該押出物の軸線を中心にして対称になっている、請求項122に記載の構造
物。 - 【請求項124】 押出物の直径が約1.0mm〜約3cmである、請求項
123に記載の構造物。 - 【請求項125】 凝集粒子が接着剤で連結されて硬質多孔性構造物を形成
している、請求項116に記載の構造物。 - 【請求項126】 接着剤が、セルロース、炭水化物、ポリエチレン、ポリ
スチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド類、ポリ(ジメ
チルシロキサン)およびフェノール樹脂より成る群から選ばれる、請求項125
に記載の構造物。 - 【請求項127】 硬質多孔性構造物が熱分解される、請求項125に記載
の構造物。 - 【請求項128】 請求項1〜35のいずれか1項に記載の組成物を含んで
成る触媒。 - 【請求項129】 水素化反応、水素化脱硫反応、水素化脱金属化反応、水
素化脱酸素化反応、水素化脱芳香族化反応、脱水素化反応、水素化分解反応、異
性化反応、アルキル化反応、脱アルキル化反応およびアルキル交換反応より成る
群から選ばれる反応を触媒するための、請求項128に記載の触媒。 - 【請求項130】 請求項35〜127のいずれか1項に記載の硬質多孔性
構造物を含んで成る触媒。 - 【請求項131】 液相接触化学反応を行うための担持触媒であって: (a)請求項50〜68のいずれか1項に記載の硬質多孔性構造物を含む触媒
担体;および (b)該触媒担体上に担持された触媒作用上有効な量の触媒 を含んで成る上記の担持触媒。 - 【請求項132】 触媒が白金、パラジウム、ルテニウム、オスミウム、ロ
ジウム、イリジウムおよびそれらの混合物より成る群から選ばれる、請求項13
1に記載の担持触媒。 - 【請求項133】 触媒が炭化モリブデン、炭化タングステン、炭化バナジ
ウムおよびそれらの混合物より成る群から選ばれる、請求項131に記載の担持
触媒。 - 【請求項134】 1.0〜100nmの直径を有するオキシ炭化物系ナノ
ロッドを含んでいる組成物の製造方法であって、炭化物系ナノロッドを、酸化剤
による処理に、オキシ炭化物の形成を引き起こすのに十分な条件下で付すことを
含んで成る上記の方法。 - 【請求項135】 酸化剤が空気、酸素、二酸化炭素、酸化窒素、亜酸化窒
素、二酸化窒素、水蒸気およびそれらの混合物より成る群から選ばれる気体であ
る、請求項134に記載の方法。 - 【請求項136】 気体が不活性ガスまたは窒素から選ばれる不活性希釈剤
と混合される、請求項135に記載の方法。 - 【請求項137】 オキシ炭化物が約0.5〜約25%の量で存在する、請
求項134に記載の方法。 - 【請求項138】 条件が、炭化物系ナノロッドを約0.5〜約25重量%
の量でオキシ炭化物系ナノロッドに転化させるのに十分なものである、請求項1
34に記載の方法。 - 【請求項139】 条件が、オキシ炭化物の形成を炭化物系ナノロッドの表
面上で支配的に引き起こすのに十分なものである、請求項134に記載の方法。 - 【請求項140】 炭化物系ナノロッドが、炭素ナノチューブをQ−系化合
物と炭化物ナノロッドを形成させるのに十分な条件下で接触させることから成る
方法で製造される、請求項134に記載の方法。 - 【請求項141】 炭素ナノチューブが凝集物の形をしている、請求項14
0に記載の方法。 - 【請求項142】 条件が、炭素ナノチューブを約20〜100重量%の量
で炭化物ナノロッドに転化させるのに十分なものである、請求項140に記載の
方法。 - 【請求項143】 炭化物系ナノロッドを含んでいる硬質多孔性構造物の製
造方法であって: (i)炭素ナノチューブの硬質多孔性構造物を用意し;そして (ii)炭素ナノチューブの該硬質多孔性構造物をQ−系化合物と炭化物ナノ
ロッドを形成させるのに十分な条件下で接触させる ことを含んで成る上記の方法。 - 【請求項144】 炭化物系ナノロッドが約40〜約100重量%の量で存
在している、請求項143に記載の方法。 - 【請求項145】 炭化物系ナノロッドが炭素ナノチューブの表面上に支配
的に存在している、請求項143に記載の方法。 - 【請求項146】 炭化物系ナノロッドを含んでいる硬質多孔性構造物の製
造方法であって: (i)接着剤を含んでいる媒体中で炭化物ナノロッドの懸濁物を形成し; (ii)該炭化物ナノロッド懸濁物から該媒体を分離し; (iii)該懸濁物を熱分解して炭化物ナノロッドを含んでいる硬質多孔性構
造物を形成する ことを含んで成る上記の方法。 - 【請求項147】 オキシ炭化物ナノロッドを含んでいる硬質多孔性構造物
の製造方法であって、請求項143〜146に記載の炭化物ナノロッドを含んで
いる硬質多孔性構造物を、空気、酸素、二酸化炭素、酸化窒素、亜酸化窒素、二
酸化窒素、水蒸気およびそれらの混合物より成る群から選ばれる酸化剤で処理す
ることを含んで成る上記の方法。 - 【請求項148】 炭化物を含んでいる炭素ナノチューブの製造方法であっ
て、炭素ナノチューブをQ−系化合物と該炭素ナノチューブの表面上に炭化物を
形成させるのに十分な条件下で接触させることを含んで成る上記の方法。 - 【請求項149】 条件が約400〜約1000℃の温度を含んでいる、請
求項148に記載の方法。 - 【請求項150】 炭化物を含んでいる炭素ナノチューブを酸化剤による処
理に付し、それによって炭化物およびオキシ炭化物を含んでいる炭素ナノチュー
ブを形成することをさらに含んでいる、請求項148に記載の方法。 - 【請求項151】 酸化剤が空気、酸素、二酸化炭素、酸化窒素、亜酸化窒
素、二酸化窒素、水蒸気およびそれらの混合物より成る群から選ばれる、請求項
150に記載の方法。 - 【請求項152】 炭化物およびオキシ炭化物が炭素ナノチューブの表面上
に存在する、請求項150に記載の方法。 - 【請求項153】 炭化物を含む炭素ナノチューブを含んでいる硬質多孔性
構造物の製造方法であって: (i)請求項148に記載の炭素ナノチューブから媒体中懸濁物を形成し; (ii)該懸濁物から該媒体を分離し;そして (iii)該懸濁物を熱分解して炭化物を含む炭素ナノチューブを含んで成る
硬質多孔性構造物を形成する ことを含んで成る上記の方法。 - 【請求項154】 炭化物およびオキシ炭化物を含む炭素ナノチューブを含
んでいる硬質多孔性構造物の製造方法であって: (i)請求項150に記載の炭素ナノチューブの媒体中懸濁物を形成し; (ii)該懸濁物から該媒体を分離し;そして (iii)該懸濁物を熱分解して炭化物およびオキシ炭化物を含む炭素ナノチ
ューブを含んで成る硬質多孔性構造物を形成する ことを含んで成る上記の方法。 - 【請求項155】 オキシ炭化物を有する炭化物系ナノロッドを含んでいる
組成物の製造方法であって、炭化物系ナノロッドを、オキシ炭化物を約0.5〜
約25重量%の量で形成させるのに十分な条件下で酸化剤と接触させることを含
んで成る上記の方法。 - 【請求項156】 炭化物ナノロッドの押出物を含んでいる硬質多孔性構造
物であって、 (i)炭素ナノチューブの押出物を含んでいる硬質多孔性構造物を用意し; (ii)炭素ナノチューブの押出物の該硬質多孔性構造物を、Q−系化合物と
、該炭素ナノチューブを炭化物ナノロッドに転化させるのに十分な条件下で接触
させる ことを含んで成る方法。 - 【請求項157】 オキシ炭化物系ナノロッドを含んでいる硬質多孔性構造
物であって: (i)接着剤を含んでいる媒体中でオキシ炭化物系ナノロッドの懸濁物を形成
し; (ii)該懸濁物から該媒体を分離し; (iii)該懸濁物を熱分解してオキシ炭化物系ナノロッドを含んでいる硬質
多孔性構造物を形成する ことを含んで成る上記の構造物。 - 【請求項158】 炭化物ナノロッドを含む押出物を含んで成る硬質多孔性
構造物の製造方法であって: (i)炭化物系ナノロッドからペーストを形成し; (ii)該ペーストから押出物を形成し;そして (iii)該押出物を熱分解して炭化物系ナノロッドを含んでいる硬質多孔性
構造物を形成する ことを含んで成る上記の方法。 - 【請求項159】 オキシ炭化物を有する炭化物ナノロッドを含む押出物を
含んで成る硬質多孔性構造物の製造方法であって、請求項156〜158に記載
の炭化物ナノロッドを含んでいる押出物を、空気、酸素、二酸化炭素、酸化窒素
、亜酸化窒素、二酸化窒素、水およびそれらの混合物より成る群から選ばれる酸
化剤で処理することを含んで成る上記の方法。 - 【請求項160】 液相接触反応を行うための担持触媒の製造方法であって
、触媒作用上有効な量の触媒を、炭化物系ナノロッドを含んで成る担体上に組み
込むことを含んで成る上記の方法。 - 【請求項161】 担体中の炭化物系ナノロッドがQ−系ナノロッドであり
、ここでQはB、SiおよびAlより成る群から選ばれる、請求項160に記載
の方法。 - 【請求項162】 触媒がQ−系ナノロッドである炭化物系ナノロッドを含
んで成り、ここでQはTi、Ta、Nb、Zr、Hf、Mo、VおよびWより成
る群から選ばれる、請求項160または161に記載の方法。 - 【請求項163】 触媒される液相接触反応が、水素化反応、水素化脱硫反
応、水素化脱窒素反応、水素化脱金属化反応、水素化脱酸素化反応、水素化脱芳
香族化反応、脱水素化反応、水素化分解反応、異性化反応、アルキル化反応、脱
アルキル化反応およびアルキル交換反応より成る群から選ばれる反応である、請
求項160に記載の方法。 - 【請求項164】 液相接触反応を行うための担持触媒の製造方法であって
、触媒作用上有効な量の触媒を担体上に組み込むことを含んで成り、ここで該触
媒はQがTi、Ta、Nb、Zr、Hf、Mo、VおよびWより成る群から選ば
れる少なくとも1種のQ−系ナノロッドを含んで成る上記の方法。 - 【請求項165】 液相接触反応を行うための担持触媒の製造方法であって
、触媒作用上有効な量の触媒を担体上に組み込むことを含んで成り、ここで該触
媒は請求項1、7、13、19、23、25、35、38、39、43、50、
58、62、69、83、90、93、111または122のいずれか1項に記
載の組成物を含んで成る上記の方法。 - 【請求項166】 触媒される液相接触反応が、水素化反応、水素化脱硫反
応、水素化脱窒素反応、水素化脱金属化反応、水素化脱酸素化反応、水素化脱芳
香族化反応、脱水素化反応、水素化分解反応、異性化反応、アルキル化反応、脱
アルキル化反応およびアルキル交換反応より成る群から選ばれる反応である、請
求項164または165に記載の方法。
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